电动汽车推动光储充市场发展再提速，看安森美高性能产品解决之道
电动汽车的飞速增长，正在重塑光储充融合市场的格局。近日安森美(onsemi)应用市场工程师Kane Jia在一场行业公开演讲中引用国际能源署(IEA)于年中发布的《2023年全球电动汽车展望报告》表示，2022年全球电动汽车销售超过了1000万辆，2023年其销售量有望再增加35%，这也意味着全球电动汽车的市场占有率已经从2020年的4%，上升到了2022年的14%，2023年还会继续上涨到18%。而中国电动汽车销量占到2022年全球总量的60%，全球超过一半的电动汽车在中国。
为匹配电动汽车疯狂的涨势，配套的充电设施部署同意必须得跟上。IEA的同一份报告中还显示2022年全球一共建成了大约270万根充电桩，而当下中国的快充桩建设数量超过全球的90%，慢充桩则超过了50%，是名副其实的电动汽车与电动汽车充电桩的市场领导者。
电动汽车市场疯涨，推动光储充一体化发展再提速
事实上，对任何一个国家而言，承载电动汽车与充电桩高速发展仍需面对诸多挑战，包括对电网负担的冲击、电网的谐波污染以及新增容量限制等。针对消费者则表现为电价上涨，尤其是峰谷电价的不断增涨等。除此之外，现阶段的电池技术、充电效率等瓶颈问题，都会影响用户去购买电动汽车的决策等。
在Kane Jia看来，这些问题既是挑战，但同时也释放出了积极的信号与机会——我国在“十四五”可再生能源发展规划中不仅提到了双碳时间节点，也为整个市场确定了方向，即大力发展集中式或分布式新能源发电设施；在新能源汽车产业发展规划中，也提到了要将新能源汽车与能源融合发展，鼓励“光储充放”多功能综合一体站的建设。
因此，在市场与政策的双重驱动下，中国的新能源产业持续扩张。同样是来自IEA的数显显示，2022年全球光伏发电总量是240G瓦，中国的发电量占比超过56%，达到了106瓦。根据我国国家能源局统计数据显示，今年的上半年全国的光伏装机量已经接近去年整年的光伏装机量，其中又以分布式光伏逆变器为主。
Kane Jia还提到储能也是一个非常令人瞩目的市场，其火爆程度一部分来自于锂电池的降价，因为相较其他储能方式，电化学储能比较适用于短时间储能和高频率使用，锂电池快速发展也得益于汽车动力电池，还有手机电池等。另一方面则在于锂电池拥有可重复利用的优势，能够不断提高能量密度。
因此，储能作为整个光储充一体化系统中最为关键的一环，可以真正去控制调节可再生能源，解决上述提到的电力挑战，同时拥有一系列的优势，例如削峰填谷即解决电网的负担，又解决用户的电价问题。在这种大趋势下，据IEA统计去年全球储能容量达到了大约11G瓦，相比2021年几乎翻番。全球零碳趋势带动下的光储充市场蓬勃发展已成为市场定势，同意积极影响着电力电子产业的发展。
需求之下，看安森美的高新能产品解决之道
光储充融合的典型应用是光储充一体化的充电站，通过将光伏面板、逆变器、储能变流器、充电电池组与直流快充桩相组合，可以在一定程度上实现自给自足，并为用户提供较为优惠的电价。据Kane Jia介绍，此类充电站经其初步统计，用到的大功率器件可能超过100个甚至达200个左右，对于功率器件而言是非常大的市场，采用碳化硅器件则是提高系统功率密度与转换效率的一种非常有效的方式。
事实上，SiC产品作为安森美重点产品线，安森美现已实现了SiC产业链的垂直整合，是世界上为数不多能提供从衬底到模块的端到端 SiC 方案供应商之一，包括 SiC晶球生长、衬底、外延、器件制造、同类最佳的集成模块和分立封装方案。安森美的 SiC 产品应用侧重于电动车及充电桩、可再生能源等领域，提供 650V 到 1200V SiC MOSFET、650V 到 1700V SiC二极管、混合 SiC 模块和全 SiC 模块等。此外，安森美为满足市场近些年对碳化硅的不断提升的产能需求，还进行了大力的投资和工厂升级改造扩产。“得益于非常扎实的制造能力，安森美去年一共交付了约640亿颗芯片，我们的前端与后端工厂和销售分公司也遍布全世界，具有全球领先的制造规模以及供应和支持能力。”Kane Jia强调道。
具体而言，针对光伏系统应用，Kane Jia介绍了多款安森美高性能碳化硅产品。例如在常见的1100V或1500V光伏逆变器设计中，DC-DC部分往往会采用对称式boost或飞跨电容boost，逆变单元会采用三电平的NPC拓扑，安森美器件能覆盖这样的设计，目前能提供的单管产品除今年新发布的第七代1200V IGBT外，还有650V和1200V的碳化硅二极管和MOSFET。据悉，目前安森美的650V碳化硅二极管产品以D2系列为主，具有非常多的规格和封装，能满足大部分客户的需求。而1200V的D3系列也将陆续丰富其产品线。
新一代M3 EliteSiC则是安森美新推出的碳化硅产品系列，主要优化了它们在高温下的性能，保持全温度下稳定的静态/动态特性，同时降低了一些寄生参数从而提高快速关断能力，减少在高频系统中的影响。目前已推出非常多的规格，主流封装有主流的TO-247-3L、TO-247-4L以及支持SMD的D2PAK封装等。
在针对更大功率和更高功率密度设计的产品时，则需要考虑模块选项，因为相比单管，模块方案具有更低的寄生参数和热阻，而且集成化设计也可以降低PCB的空间需求。Kane Jia补充说到在IGBT模块中采用碳化硅二极管替换，或是整体的碳化硅替换，是一种追求更大功率密度的方式，但价格因素与性能的平衡，也是客户需要去考虑的一个问题。
安森美针对1100V光伏逆变器系统有IGBT和碳化硅二极管的混合功率模块，以及全碳化硅双通道或三通道功率模块产品选项。考虑到价格因素，针对1500V高压DC-DC的3电平模块，目前安森美提供的仍是IGBT与碳化硅二极管的混合功率模块，例如在三通道对称boost模块中，每通道并联6颗1200V、10A碳化硅二极管，可以有效减少boost阶段的电感尺寸。
而针对大功率变换器市场，Kane Jia最后提到安森美的工业PIM产品线也非常丰富：
■ 逆变器应用中，三电平PIM可以提供IGBT、Hybrid IGBT与SiC选型；
■ boost应用中，PIM拥有多通道对称boost和飞跨电容选项；
■ 储能应用中，安森美拥有400A Q2封装的I-NPC模块，以及全碳化硅半桥模块。
■ 直流充电桩与UPS应用，可提供900V Viena PFC，以及1200V M3 SiC PIM等。
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