氮化镓悄然渗透，掘金电动两轮车市场

电子发烧友网报道（文/李诚）自电动两轮车新国标落地后，行业迎来产业跃迁的新机遇。据中国自行车协会统计，2020年电动两轮车市场交易金额达1046亿元，增速提高22.9%，成为了一个新的千亿级市场。
 
同时，近年来智能化、个性化的电动两轮车受到了不少年轻人的青睐。国外反复的疫情带来的经济压力，以及能源危机，让不少消费者走起了务实路线，主动“出行降级”，用电动两轮车代步。这一系列的改变，也为电动两轮车千亿市场的产销，提供了强劲的动力。
 
氮化镓作为新型的半导体材料，具有开关速度快、功率密度高、耐高压、高频等特点，相较于传统的硅器件，氮化镓更能满足终端应用对轻量化、高功率密度的追求，为电动两轮车产业提高附加值。在电动两轮车市场规模高速增长的背景下，氮化镓也迎来了新的发展机遇，并且成功介入电动两轮车的电机驱动、充电器、无线充电等应用。
 
电动两轮车比电动汽车更适合使用氮化镓
 
虽然氮化镓与碳化硅都拥有着耐高温、高压、转换效率高等特点，但氮化镓的上车案例屈指可数，仅从第三代半导体材料这个层面来看，可以说目前电动汽车领域是碳化硅的主场。
 

 
之所以氮化镓在电动汽车应用中比较少见，主要与材料的属性有关。首先，氮化镓的电子迁移率可达2,000 cm²/Vs，而碳化硅只有900cm²/Vs，不足氮化镓的1/2。这也就意味着，在高频应用中氮化镓会比碳化硅带来更高的效率。
 
其次，从现阶段的技术角度而言，商用氮化镓的有效耐压能力通常只能做到650V，而商用碳化硅的耐压能力能做到1700V。因此，氮化镓只适合在低压应用中使用，碳化硅在大功率、高压应用中更占优势。
 
由此可见，在总线电压只有几十伏的电动两轮车应用中使用氮化镓，会比电动汽车更合适。
 
氮化镓携两轮电动车冲击中高端市场，市场认可度高
 
目前，在两轮电动车型中使用氮化镓还处于一个初期阶段，市面上所销售的两轮电动，只有一小部分车型成功引入氮化镓器件并实现量产，比如雅迪S9、T5、E9 Pro等部分冠能版车型和台铃N9超智版。
 
在市场定位方面，笔者发现这两家厂商采用氮化镓器件的两轮电动车，主要用以冲击中高端市场，售价普遍集中在5000元至7000元之间。与同系列车型相比，使用氮化镓器件的车型以及再加上其他升级后，会比普通车型售价高出几百至一千元不等。
 
从销售数据来看，2021年雅迪共销售了1386万辆两轮电动车，其中包含引用氮化镓器件的冠能系列车型就迈卖出了390万辆，占比高达28.1%。这也就意味着，每卖出4辆雅迪电动车，就有一辆是冠能系列车型。由此不难看出，消费者对两轮电动车引入氮化镓的认可度还是很高的。
 
GaN Systems联合FTEX开拓蓝海，抢滩市场
 
其实，不管是电动两轮车，还是电动汽车，人们最关注的问题是车辆的续航能力和充电速度，而在这一方面，氮化镓功率器件恰好都能够满足。
 
早在去年，GaN Systems就针对于电动自行车应用，联合小型电动汽车精密电机控制系统的行业先驱FTEX，推出了能够提升30%续航里程的氮化镓电机控制驱动器Core 2。
 

图源：GaN Systems

 
Core 2电机驱动器采用了多合一的集成设计，在设备内部集成了一个功率转换器和逆变器。据了解，该电机通过GaN Systems的100V E-Mode小封装氮化镓开关管与FTEX的软件相结合，能够为车辆带来30%的续航提升。换而言之，当续航里程相同时，使用Core 2电机驱动器可以减少30%的电池容量。并且基于GaN Systems的100V E-Mode小封装氮化镓开关管，能够让电机驱动控制器功率密度翻倍提升的同时，具有出色的热效率。
 
其中，FTEX还在Core 2中加入了AI算法，通过结合驾驶员的驾驶习惯，电池的充电状态和健康状态来管理电池与电机，从而达到提升续航的目的。
 

图源：FTEX

 
作为行业先驱的FTEX，在Core 2发布之前还开发了一款基于氮化镓的物联网电机控制器GaNRunner。据介绍，采用了氮化镓MOSFET的GaNRunner比使用传统MOSFET的电机驱动器，具有更少的功率损耗和更低的电流吸收，在电机与电池规格相同的情况下GaNRunner可延长15%的续航里程。尤其是在电压等级为36V的电压控制系统中，系统转换效率最高可达95%以上。
 
英诺赛科打破传统充电方式
 
英诺赛科作为国内领先的氮化镓企业，其首席营销官冯雷曾在接受媒体采访时表示，氮化镓在手机快充上的应用，只是一个开始，根据氮化镓的不同优势，可应用于不同的应用场景。
 
早在去年，英诺赛科的氮化镓功率器件，就成功应用在台铃N9超智版的新型无线充电解决方案中，以创新的设计思维，打破传统的充电方式。
 
得益于氮化镓器件高频的特性，不仅有利于提升充电器的功率密度、缩小体积，还能保证在大功率输出的情况下，减少充电器发热与传输损耗的问题。
 
据台铃官方介绍，该基于英诺赛科的氮化镓无线充电技术，能够让用户摆脱冗长充电线掣肘的同时，还能将充电效率提升60%，提高车辆的总续航里程，解决充电难的痛点。
 
结语
 
自新国标发布开始，中国电动两轮车行业的发展就进入了革新阶段。电动两轮车市场已经开始对产品的智能化、高效化提出了更高的需求，在千亿市场的有力支撑下，也推动了氮化镓在电动两轮车领域的发展。