新能源汽车引爆SiC器件大战

来源:爱集微 #深圳电子展#
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为加快提升充换电基础设施服务保障能力,支撑新能源汽车产业发展,助力实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标,国家发改委、国家能源局于5月20日发布了《关于进一步提升充换电基础设施服务保障能力的实施意见(征求意见稿)》。该文件发布后,当天充电桩板块应声上涨,市场对这个领域的敏感度可见一斑。

超万亿规模!国内充电桩设备和服务市场


充电桩作为新能源车的重要基础设施,不仅能够为新能源汽车补充能源,也是车联网信息流的重要接口。

据中国汽车工业协会统计数据,今年1-4月新能源汽车产销75万辆和73.2万辆,同比分别增长2.6倍和2.5倍。截至今年3月,全国新能源汽车保有量551万辆,占汽车总数的 1.92%。其中纯电动汽车449万辆,占总量的81.53%。

据规划,2025年新能源汽车销售占比将达到20%,纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化。

与之相伴而生的充电市场空间同样十分庞大。从保有量来看,数据显示,2019年全球各国公共充电桩统计中,中国51.6万台,欧盟25.5万台,美国7.2万台,日本3.2万台,全球年复合增长率达32%,中国充电产业规模位居全球之首,总量占比超过全球半数。

而国内市场本就是全球最大的汽车市场,又因为国情不同,公共桩与私人桩比例远高于欧美,预计可占全球充电桩市场份额的40%,因此国内充电桩设备和服务市场规模将达到6000亿-1.08万亿。而仅目前,国内就已有近130家充电设备厂家采用。

充电桩产业链:设备生产商和运营商是关键

充电桩产业链涉及到的上游为元器件和设备生产商,主要负责提供各种充电桩元器件和充电设备;中游是充电站建设和运营商,负责充电站的搭建和运营,提供充电服务;下游是新能源电动车用户,在充电桩上进行消费。

其中,设备生产商和运营商是充电桩产业链最主要的环节。目前,市场中的充电运营商主要为第三方企业,同时部分车企、能源企业也涉足充电运营服务。

充电桩设备厂商负责生产直流充电桩、交流充电桩、交直流充电桩等,涉及到的领域包括充电模块、电机、芯片、接触器、断路器、外壳、插头插座等。充电设备成本是新能源汽车充电桩的主要成本,而充电模块则是充电设备的核心和主要成本来源。

从主要零部件的制造难度来看,充电模块的技术含量相对较高,是制造端的核心设备,设备厂商在加装配电设备和滤波器等器件后,组成充电桩销售给下游客户。

从技术端来看,直流桩电源模块中最核心的零部件 IGBT 目前仍采用全进口模式,国内高端 IGBT 仅有个别企业有望追赶国际先进水平。好在目前国内IGBT发展很快,如果短时间内进口替代完成,直流充电桩将获得极大的发展,届时充电桩建设也要迎来高峰。

特斯拉领军,CREE All in碳化硅,第三代半导体要火!

过去电动车都使用硅制成的IGBT 电源转换芯片,是功率半导体在电动车领域的技术主流。但自从特斯拉Tesla推出Model3,首次采用以24个碳化硅 MOSFET为功率模块的逆变器后,碳化硅这类新型半导体材料越来越受重视。

根据英飞凌提供的数据,同样一辆电动车,换上碳化硅芯片后,续航力能提高4%,由于电动车每一分电源都极为昂贵,各家车厂都积极布局碳化硅技术。英飞凌预期,到2025 年,碳化硅芯片将占汽车电子功率元件2 成。

值得一提的是,2019年全球第三代半导体领域龙头企业美国CREE公司宣布将投资10亿美元扩大碳化硅产能。2020年10月,Cree又宣布3.0亿美元出售其LED业务(早先Cree因LED而闻名全球)。2021年3月,在LED业务正式出售后,Cree再次宣布将于2021年底正式更名Wolfspeed

这一系列的实际行动,无疑展现了Cree向第三代半导体转型的决心,意图处于引领行业从硅向碳化硅过渡的有利位置!更向全世界透露一个信息——第三代半导体要火!

第三代半导体确确实实火了,这把火直接烧到了国内。

据亚化咨询粗略统计,近几年国内进行布局第三代半导体产业的企业超过百家,仅2021年5月签约的第三代半导体相关项目就将近5个国内第三代半导体投资热情空前,在数量上胜过半导体大硅片和硅晶圆厂!

阿里巴巴达摩院发布的2021十大科技趋势也将“第三代半导体迎来应用大爆发”列在首位

达摩院认为,未来五年,第三代半导体材料将在材料生长、器件制备等技术上实现突破,基于第三代半导体材料的电子器件,特别是功率器件和射频器件将广泛应用于5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景,大幅降低整体能耗。

碳化硅(SiC)下游应用需求旺盛

作为功率器件整体市场中最主要的细分市场之一,汽车领域也是SiC功率半导体最大的下游应用领域。2019年SiC功率半导体整体市场约5.41亿美元,其中新能源汽车领域市场规模为2.25亿美元,占整体的41.6%,且未来保持高速增长,2019-2025年CAGR高达38%,高于SiC功率器件整体市场增速。

除了新能源汽车的直接拉动外,大功率充电桩对于SiC的需求更加旺盛,2019-2025CAGR高达90%。此外,轨道交通、储能等领域均保持较高速度的增长。根据Yole Développement的预测,2025年,SiC功率半导体整体市场空间将达到25.62亿美元,2019-2025年整体CAGR超过30%。

对于我国市场而言,功率器件的下游应用新增长点多在新能源汽车,家电和工控行业,其中车载功率器件的应用空间最广。目前SiC器件在电动汽车上的应用主要是功率控制单元(PCU)、逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等方面。据预测, 2025 年中国碳化硅晶片占全球比将从 2020 年的 8.6%提升至 16%

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