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2021年國(guó)慶期間，新能源汽車的長(zhǎng)途旅行充電難問題引起廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道，有車主在高速公路服務(wù)區(qū)為了給車充電花費(fèi)5個(gè)多小時(shí)，原本8小時(shí)的路程，最終花了16個(gè)小時(shí)。充電難問題正在成為限制新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(shí)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(dòng)車也能輕松開啟長(zhǎng)途之旅的時(shí)候，或許將是其全面取代燃油車的時(shí)機(jī)。
新能源車長(zhǎng)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(guó)新能源汽車市場(chǎng)依然保持快速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(cè)登記新能源汽車達(dá)到110萬輛。至9月我國(guó)新能源汽車滲透率已達(dá)17.1%。
新能源汽車保有量迅速增加所導(dǎo)致的問題，平常時(shí)期或許還不明顯，一旦展開長(zhǎng)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(guó)慶期間新能源汽車在高速公路上排隊(duì)充電引起社會(huì)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(cuò)配的問題。
事實(shí)上，很多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)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(dòng)汽車充電器——Terra 360，最大輸出功率為360KW，可以同時(shí)為4輛電動(dòng)汽車充電，并且能夠在15分鐘甚至更短的時(shí)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(bào)道，蔚來已在全國(guó)累計(jì)建成109座高速換電站，預(yù)計(jì)春節(jié)前增加至169座。今年8月，特斯拉宣布在中國(guó)建成7000個(gè)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(chǎng)及應(yīng)用高級(jí)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(diǎn)汽車副總裁趙強(qiáng)也表示，在智能車聯(lián)、智能駕駛方面對(duì)于汽車的加持，是保證我們?cè)谛履茉雌嚾蚍秶鷥?nèi)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。新能源汽車企業(yè)一方面要加強(qiáng)電池方面的開發(fā)，力爭(zhēng)做到電池密度與安全性的完美兼顧，另一方面加強(qiáng)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(fèi)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(dá)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(huì)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(diǎn)，如進(jìn)行電源管理的模擬前端芯片能夠?qū)崟r(shí)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(chǔ)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(jì)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(jī)控制器可將高壓電池包的直流電逆變成交流電，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)整車的前進(jìn)后退功能，在剎車時(shí)又將能源回饋給電池。尺寸、車重和空間是電動(dòng)汽車的重要參數(shù)，為順應(yīng)這種市場(chǎng)趨勢(shì)，引入創(chuàng)新技術(shù)是非常重要的，有利于延長(zhǎng)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(chǎng)和應(yīng)用副總裁沐杰勵(lì)則強(qiáng)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(fèi)者對(duì)方便、快速充電的需求也越來越高，因此需要擴(kuò)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(jìn)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(diǎn)發(fā)展方向。先進(jìn)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(jìn)功率技術(shù)包括硅基車規(guī)低電壓/高電壓MOSFET、車規(guī)級(jí)Trench IGBT及模組，新型材料器件主要是碳化硅及模組。這些先進(jìn)技術(shù)是新能源汽車的起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)系統(tǒng)、車載充電器/ DC-DC轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器的核心技術(shù)。
寬禁帶半導(dǎo)體將獲更多發(fā)展機(jī)會(huì)
在推進(jìn)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(jī)會(huì)。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(dòng)器解決方案，可減少電動(dòng)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(dòng)汽車充電樁、車載充電機(jī)、摩托車點(diǎn)火器、摩托車調(diào)壓器、車燈控制等。相信在未來的汽車市場(chǎng)上，尤其是在新能源汽車市場(chǎng)上，相關(guān)的解決方案會(huì)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(duì)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(dòng)系統(tǒng)和車載充電機(jī)上有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。比如在電驅(qū)動(dòng)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(jī)應(yīng)用上，可以提高驅(qū)動(dòng)頻率，減少變壓器和電容的尺寸，減少損耗，從而減少充電時(shí)間。
根據(jù)研究機(jī)會(huì)Omdia的報(bào)告，在混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車、電源和光伏逆變器需求的拉動(dòng)下，碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體的新興市場(chǎng)預(yù)計(jì)在今年就會(huì)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(jì)未來十年，每年的市場(chǎng)收入以兩位數(shù)增長(zhǎng)，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(chǎng)的半壁江山，寬禁帶器件在未來會(huì)有長(zhǎng)足的增長(zhǎng)，由2020年5%的市場(chǎng)占有率增加到2024年的17%。
