充电桩刚性需求，碳化硅应用渗透加深

充电桩刚性需求，碳化硅应用渗透加深

“新基建”风起云涌，在此之下国家电网启动新一轮充电桩建设热潮，计划安排充电桩建设投资27亿元，新增充电桩7.8万个，项目分布在北京、天津、河北、上海、江苏、湖南、青海等24个省（市），涵盖公共、专用、物流等多种类型。作为第三代半导体材料，SiC（碳化硅）在宽禁带和击穿电场方面都有优良性能，因此在电子电力领域比如光伏逆变器、新能源汽车的电机控制器以及充电桩等有广泛应用。那么这一轮充电桩建设能否为国内碳化硅功率器件以及充电桩企业注入新的动力？

在半导体材料领域，碳化硅与氮化镓无疑是当前最炙手可热的明星。其中，碳化硅拥有高压、高频和高效率等特性，其耐高频耐高温的性能，是同等硅器件耐压的10倍。因此，碳化硅在光伏逆变器、新能源汽车的电机控制器以及充电桩等应用中，相比于传统硅器件有着很大优势。

伴随着新能源汽车崛起，应用需求的激剧增多，真正将碳化硅推到风口浪尖上。对于新能源电动汽车而言，目前车用功率模块主要采用IGBT，据了解，一辆电动汽车中，IGBT占据总成本近10%。但采用碳化硅材料的功率器件在新能源汽车中拥有更好的性能，如目前全球电动车出货高居第一的特斯拉，旗下model系列车型就在业内率先采用了碳化硅功率器件替代IGBT，因此拥有领先于竞争对手的电气性能，并在电池容量相当的情况下获得相比竞品更长的续航里程。

但目前来看，碳化硅功率器件在新能源汽车上应用还较少，原因主要在于成本限制。不过，由于使用率高，并且主要用于停车场的使用场景，所以对于充电桩而言，小体积、高可靠性便成为了刚性需求。因此，可提供高功率密度、耐高温的碳化硅功率器件，自然成为电动汽车充电桩的最佳选择。

英飞凌大中华区工业功率控制事业部市场高级经理陈子颖

对于SiC在充电桩中的应用，英飞凌大中华区工业功率控制事业部市场高级经理陈子颖在接受《华强电子》采访时表示：“功率半导体是英飞凌的主要业务，应用范围覆盖新能源发电，输配电和用电。碳化硅是我们新的业务增长点。碳化硅MOSFET是宽禁带高速器件，可以实现高压大电流高速开关，从而使得相关应用的实现带来革命性的变化，直流充电桩就是其中之一，碳化硅也进一步推动了直流充电桩的发展。”

另一方面，尽管碳化硅成本相比传统硅器件高，但在充电桩的应用中，由于功率密度提高，反而能够降低充电桩的系统成本。陈子颖补充到：“充电站是基础设施，其成本构成比较复杂，但城市空间成本会是主要方面之一，所以充电桩的功率密度就至关重要，碳化硅器件是实现高功率密度的关键。碳化硅器件作为高压，高速，大电流器件，简化了直流桩充电模块电路结构，提高单元功率等级，功率密度显著提高，这为降低充电桩的系统成本降低铺平了道路。”

碳化硅固然成本高，但其优势是否能抵消成本上的劣势，则要与使用场景相适配。具体而言，在充电桩应用最广的城市场景中，选址一般选在繁华地段，地租昂贵，因此对体积有很高要求。目前支持快充的电动汽车，充电功率可以达到150kW，近期保时捷推出的电动跑车Taycan更是将快充功率提高到250kW。可想而知，若要组建一个拥有多个快速充电桩的电动汽车充电站，则需要达到百万W级别的功率，与一个小区的用电规模相当。

据陈子颖透露，采用英飞凌的碳化硅单管，充电模块的功率可以达到30kW以上。采用英飞凌的碳化硅模块，充电模块的功率可以达到60kW以上。而采用MOSFET/IGBT单管的设计还是在15-30kW水平。从单管设计的充电模块功率对比中，不难看出在相同功率等级下，采用碳化硅功率器件相比硅基功率器件可以大幅降低模块数量。因此，对于城市大功率充电站、充电桩，高成本所带来的小体积，在特定场景或高端产品中是有很大优势的。

不过，需要面对的事实是，目前碳化硅在充电桩中渗透率并不高。以“快充”应用为主的直流充电桩为例，据CASA测算，电动汽车充电桩中的碳化硅功率器件的平均渗透率在2018年仅达到10%。

上海瞻芯电子科技有限公司创始人兼总经理张永熙博士

上海瞻芯电子科技有限公司创始人兼总经理张永熙博士认为，目前主流的充电桩模块，依然是以硅基MOSFET和IGBT为主；而碳化硅二极管现在已经批量出货，在充电桩上的应用还是主要用于大功率高端产品中。但他也表示：“相信在未来以更高功率密度为需求的充电桩模块中，碳化硅尤其是碳化硅MOSFET的应用会越来越多。”

尽管目前来看，充电桩市场中碳化硅功率器件的渗透率并不算太高，但在2019年，随着下游特斯拉等车企开始大量推进碳化硅解决方案，国内的厂商也将会快速跟进。以比亚迪为代表的整车厂商开始全方位布局，在充电桩以及整车中将会越来越多采用碳化硅器件。而根据CASA的预测，由于电动汽车对于充电速度的要求提升，直流充电桩的需求会进一步增长，因此碳化硅在充电桩领域的渗透将快于整车市场。