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碳化硅SiC功率器件带动充电桩市场快速发展

发布时间: 2021-05-29 浏览次数:
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导读:随着我国新能源汽车市场的不断扩大,充电桩市场发展前景广阔。碳化硅SiC功率器件可以实现比Si基功率器件更高的开关频繁,可以提供高功率密度、超小的体积,因此SiC功率器件在充电桩电源模块中的渗透率不断增大。

  充电桩市场发展广阔
  我国充电市场先期以商用车为主,集中式充电站建设占主导;伴随着乘用车销售放量,分散式充电桩快速增加。2015-2020 年国家规划新增充电站1.2 万个、新增充电桩480 万个,2020 年规划车桩比约为1:1。根据《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020 年)》,到2020 年全国电动汽车保有量将超过500 万辆,根据各应用领域电动汽车对充电基础设施的配置要求, 2020 年全国规划车桩比基本为1:1。当前我国公共充电桩保有量居全球第一,乘用车放量驱动私人充电桩占比提升,但整体建设进度仍落后于规划水平。截至2018 年9 月底,我国新能源汽车保有量达221 万辆,充电桩总量为68.6 万个,车桩比约为3.31:1,仍显著落后于规划水平。



  充电桩设备制造市场竞争激烈
  充电桩设备制造市场较为分散,规模大小不一,主流品牌多由电力设备制造企业拓展产品线而来。我国充电桩设备制造商包含品牌商和代工商。其中充电桩品牌商众多,主流设备制造商的产业背景主要是电力电源设备制造、电力供应、电子类产品企业,这部分企业大多人才、技术基础比较雄厚,研发、制造、服务体系比较完善。另外,特锐德、万帮充电、科陆电子、万马新能源和比亚迪等公司也同时经营充电桩设备制造业务,业务线覆盖“设备生产-建设-运营”多个环节。
  充电模块价格大幅下行
  充电模块系充电桩重要组成部件,其成本占设备总成本的50%,是核心部件。充电桩模块可将电网中的交流电转换为可充电的直流电,它的工作原理是当三相交流电经由整流滤波后,变成直流输入电压供给IGBT 桥。控制器通过驱动电路作用于IGBT,使直流电压又转换为交流电压。接着,交流电压经高频变压器的变压隔离,再次经整流滤波得到直流脉冲,进而对电池组充电。充电模块不仅能够提供能源电力,还可以对电路进行控制、转换,保证供电电路的稳定性。
  国内充电模块市场参与者众多,其中大型厂商多来自于艾默生-华为电气团队,包括通合科技、英可瑞等。国内充电电源系统和成套设备厂商众多,其中自主生产电动汽车充电电源模块的厂商主要有通合科技、英可瑞、英飞源、凌康、华为、中兴等公司。
  目前通合科技生产的电源模块主要客户包括鲁能智能、国电南瑞、国网普瑞特等知名电力设备厂商以及宇通客车、福田汽车等大型整车制造商;英可瑞主要客户为华商三优、和信瑞通和珠海泰坦科技股份有限公司等;中恒电气也拥有大功率转换模块的核心技术,多服务于公司本身的充电桩设备制造。
  充电桩模块功率快速上升、价格大幅下降,中小型模块生产商逐步边缘化。随着动力电池和整车的技术进步,新能源汽车续驶里程增长趋势明显,充电桩模块的功率也随之快速上升。因此充电模块企业技术竞争更加激烈,近年充电模块价格大幅下滑,由之前的0.4元/W 下降至0.2 元/W,很多中小型模块生产商逐步边缘化,处于观望、甚至准备退出市场竞争的状态。
  碳化硅SiC功率器件在充电桩设备中的应用加速
  以直流充电桩为例,据CASA测算,电动汽车充电桩中的
碳化硅SiC功率器件的平均渗透率达到10%,2018年整个直流充电桩SiC电力电子器件的市场规模约为1.3亿,较2017年增加了一倍多。
  由于SiC材料的晶体管可以实现比硅基功率器件更高的开关频繁,因此可以提供高功率密度、超小的体积。体积要小同时还要能支持快速充电。几台车一起快速充电需要达到几百KW的功率,一个电动汽车充电站更是要达到百万W的功率,相当于一个小区用电的功率规模。传统的硅基功率器件体积大,但SiC模块则可以实现很小的体积满足功率上的要求。


  但使用SiC器件也有相应的设计难点:
  1、寄生参数影响:SiC器件本身寄生参数较小,PCB、器件布局时寄生参数的作用明显;
  2、SiC器件驱动设计:SiC器件在高频工作时,驱动电路功耗、速度、保护设计的复杂性;
  3、高频EMI问题:SiC器件高频化引起严重的EMI问题,需要兼顾开关虚度与EMI指标的平衡;
  4、可靠性:SiC-MOSFET的栅氧层的长期应用的可靠性问题。