加入星计划,您可以享受以下权益:

  • 创作内容快速变现
  • 行业影响力扩散
  • 作品版权保护
  • 300W+ 专业用户
  • 1.5W+ 优质创作者
  • 5000+ 长期合作伙伴
立即加入
  • 正文
  • 推荐器件
  • 相关推荐
  • 电子产业图谱
申请入驻 产业图谱

万亿充电桩市场,半导体厂商如何入局?

2021/05/19
409
阅读需 12 分钟
加入交流群
扫码加入
获取工程师必备礼包
参与热点资讯讨论

图源:adobestock/petovarga

近年来,电动化、网联化、智能化、共享化等汽车新四化已经成为汽车产业的发展趋势。经过十多年的规划和培育,中国新能源汽车产业具备了一定的规模优势,更是在汽车新“四化”中抢得了先机。

来自工信部网站的数据:2020年1-12月,国内乘用车产销分别完成1999.4万辆和2,017.8万辆,同比分别下降6.5%和6%。不过,新能源汽车却走出了不一样的行情。1-12月,国内新能源汽车产销分别完成136.6万辆和136.7万辆,同比分别增长7.5%和10.9%。

根据国家产业政策和发展规划,接下来,新能源汽车的市占率还将进一步扩大。工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》显示,到2025年,国内新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右。到2035年,纯电动汽车将成为新销售车辆的主流。

图1:2017-2020年月度新能源汽车销量及同比变化情况

(图源:工信部网站)

01 充电桩:新能源汽车发展的短板

“新基建”是发力于科技端的基础设施建设,主要围绕5G基建、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心人工智能、工业互联网等七大领域展开。

近年来,新能源汽车作为一项战略性新兴产业获得了快速发展。但作为新能源汽车的基础设施,充电桩的建设速度却没有与之同步。充电桩之所以能够入选国家“新基建”序列,主要是因为它已经成为制约中国新能源汽车发展的重要短板。截止到2020年1月底,中国已建成公共充电桩53.1万台,私人充电桩71.2万台。其实,充电桩发展初期,公共充电桩主要面向出租车、网约车和物流车等服务型车辆,随着新能源汽车个人购买量的增加,私人充电桩的建设明显赶不上不断增长的市场需求。

02 未来十年:万亿元的市场规模

根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟发布的数据,截至2019年12月底,全国充电基础设施累计数量为121.9万台,其中,公共充电桩数量为51.6万台,私人充电桩数量为70.3万台。2020年1-2月,全国充电基础设施增量为2.6万台,其中公共充电桩增加1.5万台,私人充电桩增加1.1万台。预计到2025年,投资规模将达到900亿元。充电桩的建设将进一步带动与之相关的零部件产业的快速发展,包括充电运营管理、新能源汽车保有量等,预计2025年,带动的相关投资额累计超2,700亿元。

图2:2015-2020年新能源汽车充电桩保有量情况

(图源:中国电动汽车充电基础设施促进联盟)

工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》征求意见稿中提到,预计到2030年,我国新能源汽车保有量将达6,420万辆。根据车桩比1∶1的建设目标,未来十年,我国充电桩建设存在6,300万的缺口,预计将形成万亿元的充电桩基础设施建设市场。

03 直流充电桩:技术优势明显、市场前景光明

产业链来看,中国新能源汽车充电桩行业有三个环节,其中,位于产业链上游的是建设充电桩所需设备的制造商,产业链中游的参与者则是充电桩的运营商,产业链下游的参与者就是充电桩的最终用户,包括新能源汽车整车企业和个人消费者。

从充电设备的类型来看,目前的充电基础设施有交流充电桩、直流充电桩、交直流一体桩以及无线充电桩。其中,交流充电桩和直流充电桩是现阶段市场中最主要的两种类型,交直流一体桩的应用规模较小,无线充电虽然呼声较高,但尚未形成产业化规模。

图3:充电基础设施分类

(图源:2020-2025中国充电基础设施发展预期报告)

直流充电桩充电时间短,平均功率在100-120kW。根据市场统计数据,全球商用直流充电设备单桩均价在10-15万元之间。不过,大功率直流充电桩的单桩价格要高出很多,均价达到60-70万元。交流充电桩,也就是我们俗称的“慢充桩”,均价约在5,000-20,000元之间。

充电桩的成本包括原材料成本、制造成本和人工成本。其中,原材料成本即充电桩硬件设备投入成本,约占充电桩总成本的90%。充电桩所需设备主要包括充电模块、有源滤波设备、监控计费设备、电池维护设备等。此外,功率大、电压高的直流充电桩还需额外安装配电设备,如大型变压器、高低压保护设备等。

以直流充电桩为例,充电模块是其核心设备,主要用于将交流电转化成能为电池充电的直流电,这部分成本约占原材料成本的50%,有源滤波设备约占15%,监控计费设备和电池维护设备各占10%。

如果对充电桩硬件做进一步细分的话还可以看到,真正影响充电模块性能的核心电子元器件IGBT,该器件在充电过程中起到电力转换与传输作用,在充电模块中的成本占比达到20%以上。

04 半导体厂商入局,提供整体解决方案

在这场“新基建”的技术盛宴中,又怎能没有半导体厂商的支持?当然,他们也绝不会缺席。

ST直流快速充电站解决方案

STMicroelectronics(意法半导体)认为,虽然基于可再生能源和电池存储技术(将充电站移出电网)的架构正在兴起,但主流的解决方案依然是通过电网和变换器(功率范围是120kW或以上,拥有一个三相输入功率因数校正(PFC)和一个隔离的DC-DC转换器供电。

ST在碳化硅(SiC)和硅功率MOSFET二极管和保护器件(TV)、绝缘栅极驱动器、以及高性能STM32微控制器上拥有很强的技术实力,由这些器件构成的充电桩解决方案,可帮助充电桩制造企业开发出高效的高功率密度直流快速充电站。

图4:ST直流快速充电站解决方案方框图
(图源:ST)

TI直流充电站解决方案

直流充电站设计需要专业知识才能实现如下特性:精确检测和控制直接流向汽车电池的电源输出;高功率密度以支持更快、更高功率的充电标准;高效的PFC和直流/直流转换,以降低损耗;方便用户与系统互动的HMI。

TI(德州仪器)提供的直流充电(桩)站参考设计主要围绕上述技术要求展开,从而帮助充电桩制造企业快速打造更加智能且更加高效的电动汽车(EV)直流充电(桩)站。

无论是PFC级、直流/直流功率级设计,还是中央控制系统,每个子系统都是设计高效的直流充电站所需的正确组成要素,用户可以直接采用整体的参考设计,亦可根据自己所需选取其中的一个子系统。

图5:TI直流充电站解决方案主要子系统方框图

(图源:TI官网)

Infineon直流充电解决方案

英飞凌(Infineon Technologies)将EV汽车直流充电桩的设计要求归纳为四点:一是增加输出功率以缩短充电时间;二是在一组充电站尺寸内提高功率密度;三是通过增加负载来提高效率;四是降低功耗达到节约成本的目的。

Infineon的直流充电桩解决方案涵盖了从千瓦到兆瓦的功率范围,是一系列高效的半导体产品组合,包括优质的功率半导体、微控制器、栅极驱动器IC和安全身份验证解决方案,可满足EV电池的快速充电需求。

图6:Infineon直流充电解决方案

(图源:贸泽电子

如今,120kW的直流充电桩可以在30分钟内将EV电池的电量充至接近80%,随着快速充电技术的改进,充电时间有望进一步缩短。与新能源汽车性比,虽然充电桩的硬件技术门槛要低很多。但是,要设计一款成功的EV直流充电电源仍然极具挑战性。从半导体厂商提供的充电桩解决方案来看,他们基本都给出了完整的参考设计,用户也可以选取其中的一个子系统用于自己的设计中,这种灵活的设计思路,非常有利于充电桩制造企业将产品快速推向市场。
众所周知,充电桩已被写入政府工作报告和“十四五”规划纲要,随着国家对“新基建”任务的部署不断加强,以及新能源汽车的高速发展,充电桩行业将步入高速发展阶段。为有效解决各类应用场景下的新需求,充电桩技术亦将持续优化升级,在安全、低碳、经济性和方便性等方面都将有极大改善。

 

该发布文章为独家原创文章,转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。

关于贸泽电子

贸泽电子(Mouser Electronics)是一家全球授权半导体和电子元器件授权分销商,服务全球广大电子设计群体。贸泽电子原厂授权分销超过1,100家知名品牌,可订购500多万种在线产品,为客户提供一站式采购平台,欢迎关注我们,获取第一手的设计与产业资讯信息!

更多精彩

推荐器件

更多器件
器件型号 数量 器件厂商 器件描述 数据手册 ECAD模型 风险等级 参考价格 更多信息
L6234PD 1 STMicroelectronics Three phase motor driver

ECAD模型

下载ECAD模型
$7.18 查看
TMP709AIDBVT 1 Texas Instruments Resistor-programmable temperature switch with 2°C and 10°C hysteresis 5-SOT-23 -40 to 125

ECAD模型

下载ECAD模型
$1.14 查看
A3979SLP 1 Allegro MicroSystems LLC Stepper Motor Controller, 2.5A, BCDMOS, PDSO28, 1.2 MM HEIGHT, EXPOSED PAD, MO-153AET, TSSOP-28

ECAD模型

下载ECAD模型
暂无数据 查看

相关推荐

电子产业图谱

贸泽电子(Mouser Electronics)是全球授权半导体和电子元器件代理商,致力于以高效的方式向电子设计工程师和采购推广新一代产品和新技术,全面支持研发阶段的采购。Mouser.cn一个芯片也可出货,新一代产品信息和技术内容每日更新,可在线搜寻超过 1200 家品牌制造商的 3100 多万种产品,其中680 多万种产品可直接在线订购,产品涵盖的应用领域包括工业、机器人技术、物联网、新能源、汽车电子等。想深入了解贸泽电子,请访问:http://www.mouser.cn