新能源汽車“里程焦慮”如何破？寬禁帶半導(dǎo)體出手了

2021年國慶期間，新能源汽車的長途旅行充電難問題引起廣泛關(guān)注。據(jù)報道，有車主在高速公路服務(wù)區(qū)為了給車充電花費5個多小時，原本8小時的路程，最終花了16個小時。充電難問題正在成為限制新能源汽車產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的關(guān)鍵。在這方面，芯片產(chǎn)業(yè)有著很大的發(fā)揮空間，通過電池管理實現(xiàn)快速充電、通過能源管理提高續(xù)航里程，許多芯片企業(yè)均推出相關(guān)解決方案。當(dāng)電動車也能輕松開啟長途之旅的時候，或許將是其全面取代燃油車的時機。

新能源車長途旅行，里程焦慮依然存在

盡管受到缺芯問題的影響，近兩年來我國新能源汽車市場依然保持快速增長。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年6月新能源汽車保有量為603萬輛。2021年上半年新注冊登記新能源汽車達到110萬輛。至9月我國新能源汽車滲透率已達17.1%。

新能源汽車保有量迅速增加所導(dǎo)致的問題，平常時期或許還不明顯，一旦展開長途旅行，續(xù)航里程不足、充電設(shè)備分布不合理、快充技術(shù)無法滿足需求等，就凸顯了出來。有專家指出，之所以今年國慶期間新能源汽車在高速公路上排隊充電引起社會的廣泛關(guān)注，本質(zhì)上還是新能源汽車保有量快速提升，而充電設(shè)備、快充技術(shù)卻無法跟上，造成供給不足以及供需錯配的問題。

事實上，很多企業(yè)已經(jīng)意識到這樣的問題，也在著力解決。日前，瑞士電氣巨頭ABB發(fā)布了一款一體化電動汽車充電器——Terra 360，最大輸出功率為360KW，可以同時為4輛電動汽車充電，并且能夠在15分鐘甚至更短的時間內(nèi)充滿電量。充電樁企業(yè)與新能源汽車企業(yè)也在積極搭建充換電裝置。據(jù)報道，蔚來已在全國累計建成109座高速換電站，預(yù)計春節(jié)前增加至169座。今年8月，特斯拉宣布在中國建成7000個超充樁。

提升新能源汽車?yán)m(xù)航里程也是解決問題的有效方式。意法半導(dǎo)體亞太區(qū)汽車產(chǎn)品市場及應(yīng)用高級總監(jiān)鄭明發(fā)指出，續(xù)航里程、安全性和成本是當(dāng)前新能源發(fā)展的主要瓶頸。奇點汽車副總裁趙強也表示，在智能車聯(lián)、智能駕駛方面對于汽車的加持，是保證我們在新能源汽車全球范圍內(nèi)的核心競爭力。新能源汽車企業(yè)一方面要加強電池方面的開發(fā)，力爭做到電池密度與安全性的完美兼顧，另一方面加強電氣架構(gòu)方面的研發(fā)，解決發(fā)展中的瓶頸，以贏得消費者。

汽車能源管理，芯片作用巨大

無論是增加新能源汽車?yán)m(xù)航里程，還是提升充電設(shè)施性能，芯片企業(yè)都有許多發(fā)揮作用的空間。鄭明發(fā)表示，目前新能源汽車能夠達到續(xù)航里程500多公里，要想提高續(xù)航里程，最直接的辦法是加大電池容量，但這又會帶來成本、安全性和車輛自重增加等問題。完整的新能源管理芯片解決方案有助于改善這些痛點，如進行電源管理的模擬前端芯片能夠?qū)崟r高精度的監(jiān)控電池電壓，有助于客戶優(yōu)化SoC、SoH算法，在安全的前提下，最大限度地使用電池儲存的能量，提高續(xù)航里程。

新能源汽車主要芯片類型包括主控芯片、模擬芯片，以及功率半導(dǎo)體(如MOSFET、IGBT、碳化硅模塊、晶體管和二極管)等。傳統(tǒng)燃油汽車向新能源汽車的轉(zhuǎn)變意味著汽車的電氣化、電子化，而電氣電子模塊中最核心的就是半導(dǎo)體芯片，可以說芯片是新能源的“大腦”，至關(guān)重要。比如模擬前端芯片監(jiān)控著電池的狀態(tài)，主控芯片通過計算可以確定剩余的續(xù)航里程、保證電池處于安全狀態(tài)。又如電機控制器可將高壓電池包的直流電逆變成交流電，以驅(qū)動電機實現(xiàn)整車的前進后退功能，在剎車時又將能源回饋給電池。尺寸、車重和空間是電動汽車的重要參數(shù)，為順應(yīng)這種市場趨勢，引入創(chuàng)新技術(shù)是非常重要的，有利于延長續(xù)航里程、縮減電池尺寸(或提高電池可靠性)、解決快速高效充電等難題。

意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場和應(yīng)用副總裁沐杰勵則強調(diào)充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。他指出，隨著新能源汽車使用率提高，消費者對方便、快速充電的需求也越來越高，因此需要擴大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加充電站數(shù)量并提供更快的充電服務(wù)。完整的充電站生態(tài)系統(tǒng)、先進的功率技術(shù)和碳化硅等新材料是新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展方向。先進的功率技術(shù)和新材料在新能源汽車中起著重要作用。先進功率技術(shù)包括硅基車規(guī)低電壓/高電壓MOSFET、車規(guī)級Trench IGBT及模組，新型材料器件主要是碳化硅及模組。這些先進技術(shù)是新能源汽車的起動發(fā)電一體機系統(tǒng)、車載充電器/ DC-DC轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動電機逆變器的核心技術(shù)。

寬禁帶半導(dǎo)體將獲更多發(fā)展機會

在推進新能源汽車及相關(guān)充電設(shè)施的過程中，將為碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來極大的發(fā)展機會。目前，意法半導(dǎo)體、英飛凌、安森美、瑞能半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體等廠商均在積極推出車用碳化硅功率模塊及驅(qū)動器解決方案，可減少電動車充電樁所需高頻工作的開關(guān)損耗，提升充電效率。

瑞能半導(dǎo)體CEO Markus表示，目前，碳化硅等的產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于電動汽車充電樁、車載充電機、摩托車點火器、摩托車調(diào)壓器、車燈控制等。相信在未來的汽車市場上，尤其是在新能源汽車市場上，相關(guān)的解決方案會逐步推出，并隨著后續(xù)開發(fā)出的新產(chǎn)品，將作大規(guī)模地部署。對比傳統(tǒng)硅器件，碳化硅以其高頻、低阻抗、高結(jié)溫、耐高壓的特性，在電驅(qū)動系統(tǒng)和車載充電機上有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。比如在電驅(qū)動系統(tǒng)，減少損耗以及冷卻系統(tǒng)、增加功率密度，增加續(xù)航里程以及減少電池容量;在車載充電機應(yīng)用上，可以提高驅(qū)動頻率，減少變壓器和電容的尺寸，減少損耗，從而減少充電時間。

根據(jù)研究機會Omdia的報告，在混合動力及電動汽車、電源和光伏逆變器需求的拉動下，碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體的新興市場預(yù)計在今年就會突破10億美元的大關(guān)。而結(jié)合目前全球碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體的銷售收入，預(yù)計未來十年，每年的市場收入以兩位數(shù)增長，到2029年將超過50億美元。硅基功率器件仍將占據(jù)功率半導(dǎo)體市場的半壁江山，寬禁帶器件在未來會有長足的增長，由2020年5%的市場占有率增加到2024年的17%。