電動(dòng)汽車推動(dòng)光儲(chǔ)充市場(chǎng)發(fā)展再提速，看安森美高性能產(chǎn)品解決之道

電動(dòng)汽車的飛速增長，正在重塑光儲(chǔ)充融合市場(chǎng)的格局。近日安森美(onsemi)應(yīng)用市場(chǎng)工程師Kane Jia在一場(chǎng)行業(yè)公開演講中引用國際能源署(IEA)于年中發(fā)布的《2023年全球電動(dòng)汽車展望報(bào)告》表示，2022年全球電動(dòng)汽車銷售超過了1000萬輛，2023年其銷售量有望再增加35%，這也意味著全球電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率已經(jīng)從2020年的4%，上升到了2022年的14%，2023年還會(huì)繼續(xù)上漲到18%。而中國電動(dòng)汽車銷量占到2022年全球總量的60%，全球超過一半的電動(dòng)汽車在中國。

為匹配電動(dòng)汽車瘋狂的漲勢(shì)，配套的充電設(shè)施部署同意必須得跟上。IEA的同一份報(bào)告中還顯示2022年全球一共建成了大約270萬根充電樁，而當(dāng)下中國的快充樁建設(shè)數(shù)量超過全球的90%，慢充樁則超過了50%，是名副其實(shí)的電動(dòng)汽車與電動(dòng)汽車充電樁的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

電動(dòng)汽車市場(chǎng)瘋漲，推動(dòng)光儲(chǔ)充一體化發(fā)展再提速

事實(shí)上，對(duì)任何一個(gè)國家而言，承載電動(dòng)汽車與充電樁高速發(fā)展仍需面對(duì)諸多挑戰(zhàn)，包括對(duì)電網(wǎng)負(fù)擔(dān)的沖擊、電網(wǎng)的諧波污染以及新增容量限制等。針對(duì)消費(fèi)者則表現(xiàn)為電價(jià)上漲，尤其是峰谷電價(jià)的不斷增漲等。除此之外，現(xiàn)階段的電池技術(shù)、充電效率等瓶頸問題，都會(huì)影響用戶去購買電動(dòng)汽車的決策等。

在Kane Jia看來，這些問題既是挑戰(zhàn)，但同時(shí)也釋放出了積極的信號(hào)與機(jī)會(huì)——我國在“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃中不僅提到了雙碳時(shí)間節(jié)點(diǎn)，也為整個(gè)市場(chǎng)確定了方向，即大力發(fā)展集中式或分布式新能源發(fā)電設(shè)施；在新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，也提到了要將新能源汽車與能源融合發(fā)展，鼓勵(lì)“光儲(chǔ)充放”多功能綜合一體站的建設(shè)。

因此，在市場(chǎng)與政策的雙重驅(qū)動(dòng)下，中國的新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)擴(kuò)張。同樣是來自IEA的數(shù)顯顯示，2022年全球光伏發(fā)電總量是240G瓦，中國的發(fā)電量占比超過56%，達(dá)到了106瓦。根據(jù)我國國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，今年的上半年全國的光伏裝機(jī)量已經(jīng)接近去年整年的光伏裝機(jī)量，其中又以分布式光伏逆變器為主。

Kane Jia還提到儲(chǔ)能也是一個(gè)非常令人矚目的市場(chǎng)，其火爆程度一部分來自于鋰電池的降價(jià)，因?yàn)橄噍^其他儲(chǔ)能方式，電化學(xué)儲(chǔ)能比較適用于短時(shí)間儲(chǔ)能和高頻率使用，鋰電池快速發(fā)展也得益于汽車動(dòng)力電池，還有手機(jī)電池等。另一方面則在于鋰電池?fù)碛锌芍貜?fù)利用的優(yōu)勢(shì)，能夠不斷提高能量密度。

因此，儲(chǔ)能作為整個(gè)光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，可以真正去控制調(diào)節(jié)可再生能源，解決上述提到的電力挑戰(zhàn)，同時(shí)擁有一系列的優(yōu)勢(shì)，例如削峰填谷即解決電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，又解決用戶的電價(jià)問題。在這種大趨勢(shì)下，據(jù)IEA統(tǒng)計(jì)去年全球儲(chǔ)能容量達(dá)到了大約11G瓦，相比2021年幾乎翻番。全球零碳趨勢(shì)帶動(dòng)下的光儲(chǔ)充市場(chǎng)蓬勃發(fā)展已成為市場(chǎng)定勢(shì)，同意積極影響著電力電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

需求之下，看安森美的高新能產(chǎn)品解決之道

光儲(chǔ)充融合的典型應(yīng)用是光儲(chǔ)充一體化的充電站，通過將光伏面板、逆變器、儲(chǔ)能變流器、充電電池組與直流快充樁相組合，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)自給自足，并為用戶提供較為優(yōu)惠的電價(jià)。據(jù)Kane Jia介紹，此類充電站經(jīng)其初步統(tǒng)計(jì)，用到的大功率器件可能超過100個(gè)甚至達(dá)200個(gè)左右，對(duì)于功率器件而言是非常大的市場(chǎng)，采用碳化硅器件則是提高系統(tǒng)功率密度與轉(zhuǎn)換效率的一種非常有效的方式。

事實(shí)上，SiC產(chǎn)品作為安森美重點(diǎn)產(chǎn)品線，安森美現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了SiC產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合，是世界上為數(shù)不多能提供從襯底到模塊的端到端 SiC 方案供應(yīng)商之一，包括 SiC晶球生長、襯底、外延、器件制造、同類最佳的集成模塊和分立封裝方案。安森美的 SiC 產(chǎn)品應(yīng)用側(cè)重于電動(dòng)車及充電樁、可再生能源等領(lǐng)域，提供 650V 到 1200V SiC MOSFET、650V 到 1700V SiC二極管、混合 SiC 模塊和全 SiC 模塊等。此外，安森美為滿足市場(chǎng)近些年對(duì)碳化硅的不斷提升的產(chǎn)能需求，還進(jìn)行了大力的投資和工廠升級(jí)改造擴(kuò)產(chǎn)?！暗靡嬗诜浅Ｔ鷮?shí)的制造能力，安森美去年一共交付了約640億顆芯片，我們的前端與后端工廠和銷售分公司也遍布全世界，具有全球領(lǐng)先的制造規(guī)模以及供應(yīng)和支持能力。”Kane Jia強(qiáng)調(diào)道。

具體而言，針對(duì)光伏系統(tǒng)應(yīng)用，Kane Jia介紹了多款安森美高性能碳化硅產(chǎn)品。例如在常見的1100V或1500V光伏逆變器設(shè)計(jì)中，DC-DC部分往往會(huì)采用對(duì)稱式boost或飛跨電容boost，逆變單元會(huì)采用三電平的NPC拓?fù)?，安森美器件能覆蓋這樣的設(shè)計(jì)，目前能提供的單管產(chǎn)品除今年新發(fā)布的第七代1200V IGBT外，還有650V和1200V的碳化硅二極管和MOSFET。據(jù)悉，目前安森美的650V碳化硅二極管產(chǎn)品以D2系列為主，具有非常多的規(guī)格和封裝，能滿足大部分客戶的需求。而1200V的D3系列也將陸續(xù)豐富其產(chǎn)品線。

新一代M3 EliteSiC則是安森美新推出的碳化硅產(chǎn)品系列，主要優(yōu)化了它們?cè)诟邷叵碌男阅?，保持全溫度下穩(wěn)定的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)降低了一些寄生參數(shù)從而提高快速關(guān)斷能力，減少在高頻系統(tǒng)中的影響。目前已推出非常多的規(guī)格，主流封裝有主流的TO-247-3L、TO-247-4L以及支持SMD的D2PAK封裝等。

在針對(duì)更大功率和更高功率密度設(shè)計(jì)的產(chǎn)品時(shí)，則需要考慮模塊選項(xiàng)，因?yàn)橄啾葐喂?，模塊方案具有更低的寄生參數(shù)和熱阻，而且集成化設(shè)計(jì)也可以降低PCB的空間需求。Kane Jia補(bǔ)充說到在IGBT模塊中采用碳化硅二極管替換，或是整體的碳化硅替換，是一種追求更大功率密度的方式，但價(jià)格因素與性能的平衡，也是客戶需要去考慮的一個(gè)問題。

安森美針對(duì)1100V光伏逆變器系統(tǒng)有IGBT和碳化硅二極管的混合功率模塊，以及全碳化硅雙通道或三通道功率模塊產(chǎn)品選項(xiàng)?？紤]到價(jià)格因素，針對(duì)1500V高壓DC-DC的3電平模塊，目前安森美提供的仍是IGBT與碳化硅二極管的混合功率模塊，例如在三通道對(duì)稱boost模塊中，每通道并聯(lián)6顆1200V、10A碳化硅二極管，可以有效減少boost階段的電感尺寸。

而針對(duì)大功率變換器市場(chǎng)，Kane Jia最后提到安森美的工業(yè)PIM產(chǎn)品線也非常豐富：

■ 逆變器應(yīng)用中，三電平PIM可以提供IGBT、Hybrid IGBT與SiC選型；

■ boost應(yīng)用中，PIM擁有多通道對(duì)稱boost和飛跨電容選項(xiàng)；

■ 儲(chǔ)能應(yīng)用中，安森美擁有400A Q2封裝的I-NPC模塊，以及全碳化硅半橋模塊。

■ 直流充電樁與UPS應(yīng)用，可提供900V Viena PFC，以及1200V  M3 SiC PIM等。