Menjelang 2026, sasaran pelepasan CO2 yang ketat akan menjadikan bahagian kenderaan elektrik/kenderaan hibrid (EV/HEV) dalam semua kereta penumpang mencapai 38%, yang bermaksud bahawa pelbagai teknologi semikonduktor dan peranti kuasa akan memperoleh peluang pasaran sebanyak USD 5.6 bilion. Ini adalah penghakiman Yole Dedevelopment, sebuah syarikat penyelidikan pasaran, dalam Power Electronics Technology of Electric Vehicles pada 2021.

Terdapat banyak jenis kereta elektrik.

Sama ada EV atau HEV, kenderaan elektrik atau xEV. Klasifikasi khusus adalah seperti berikut:

               

Kenderaan Elektrik Hibrid Ringan (MHEV): Kenderaan yang menggunakan enjin pembakaran dalaman (atau motor haba) dan motor elektrik, biasanya menggunakan motor ICE tambahan dengan kuasa 10-20kW, termasuk kenderaan 48V (hibrid ringan) yang dilengkapi dengan bateri voltan rendah.

               

Kenderaan elektrik hibrid (HEV penuh, HEV kuat): kenderaan yang menggunakan enjin pembakaran dalaman dan motor elektrik. Motor elektrik dikuasakan oleh bateri voltan tinggi, yang boleh memberikan kuasa tinggi untuk motor. Julat kuasa ialah 70-170kW, dan bateri tidak boleh dicas daripada grid kuasa. Kapasiti tenaga baterinya agak rendah (kira-kira 2-5kWj), jadi jarak pemanduan dalam mod E adalah terhad (beberapa kilometer);

               

Kenderaan Elektrik Hibrid Plug-in (PHEV): Kenderaan yang menggunakan enjin pembakaran dalaman dan motor elektrik (seperti hibrid penuh). Bateri PHEV boleh dicas daripada grid kuasa, jadi ia mengandungi pengecas on-board dan palam pengecasan. Kapasiti bateri lebih besar daripada HEV penuh, biasanya kira-kira 9kWj. Jika pengecas dua hala digunakan, kereta itu boleh digunakan sebagai sumber kuasa untuk aplikasi V2G (kenderaan ke grid) dan V2H (kenderaan ke rumah).

               

Kenderaan Elektrik Julat Lanjutan (EREV): Ia ialah kenderaan elektrik bateri yang termasuk unit kuasa tambahan (APU) yang dipanggil "pemanjangan perbatuan". Penjana kecil ini biasanya merupakan enjin pembakaran dalaman (ICE), tetapi sel bahan api juga boleh digunakan. Penjana mengecas bateri, yang membekalkan kuasa kepada motor kenderaan. Susunan ini dipanggil rangkaian kuasa hibrid siri. Pemanjangan perbatuan tidak sesuai untuk kegunaan harian, dan hanya terpakai pada kes di mana pemandu perlu memanjangkan perbatuan kenderaan untuk sampai ke stesen pengecasan seterusnya.

                               

Kenderaan elektrik bahan api (FCEV, FCV atau kenderaan berkuasa hidrogen): Ia hanya mempunyai motor (tanpa motor ICE), dan biasanya dipanggil kenderaan berkuasa hidrogen. Sebenarnya, ia adalah kenderaan elektrik yang menjana elektrik daripada hidrogen melalui timbunan sel bahan api. FCEV mengandungi bateri (atau bank kapasitor super) untuk mencapai fungsi tertentu, seperti pemulihan tenaga brek, dsb. Bateri adalah bateri voltan tinggi, yang biasanya mempunyai kapasiti tenaga yang rendah (beberapa kWj). Sesetengah FCEV menggunakan bateri yang lebih besar (kira-kira 10kWj, yang boleh dicas daripada grid kuasa, serupa dengan PHEV, untuk mencapai pemanduan yang lebih bersih (dengan mengandaikan bahawa pengecasan elektrik dijana oleh sumber tenaga boleh diperbaharui bersih, seperti tenaga fotovoltaik atau angin). Pengecas dua hala dalam FCEV boleh digunakan sebagai bekalan kuasa untuk aplikasi V2G dan V2H.

Kenderaan Tenaga Baharu (NEV): istilah yang digunakan oleh kerajaan China, termasuk PHEV, BEV, FCEV, dsb. Penggubalan kenderaan tenaga baharu boleh menjadikan dasar yang dikeluarkan oleh negara lebih mampan, meliputi lebih banyak lelaran teknikal dan membantu mencapai peralihan yang lancar. Melalui pelarasan berkala dan mekanisme pengeluaran, perusahaan sentiasa digalakkan untuk mencuba teknologi baharu. Dalam kereta tradisional, terdapat jurang yang besar antara China dan negara luar, terutamanya enjin, yang melibatkan halangan teknikal yang tinggi. Buat perkara baru, jurang dengan negara luar tidak besar, bagi mengelak dihapuskan oleh teknologi asing pada masa hadapan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pasaran xEV telah berkembang pesat, hasil komitmen kerajaan untuk mencapai neutraliti karbon pada tahun 2050. Penggunaan kenderaan elektrik adalah kunci untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida, dan OEM, Tahap 1 dan pengeluar semikonduktor kuasa akan berkembang dengan pertumbuhan kenderaan elektrik.

Dalam aplikasi xEV, tahap sistem melibatkan penyongsang utama dan penjana, penukar rangsangan, penukar DC-DC dan pengecas kenderaan; Jenis pakej termasuk modul bekalan kuasa dan diskret; Peranti kuasa termasuk silikon MOSFET, silikon IGBT, silikon BJT (transistor bipolar), silikon karbida (SiC)MOSFET dan galium nitrida (GaN)HEMT, dsb.

BEV menerajui teknologi voltan tinggi

Dengan pengurangan pelepasan karbon dioksida yang ketat dan sasaran neutral karbon di pelbagai negara, industri automobil telah mengambil langkah besar ke arah elektrifikasi kereta. Walaupun setiap OEM mempunyai strategi elektrifikasi yang berbeza, terutamanya di wilayah yang berbeza, mereka mempunyai matlamat yang sama, iaitu, untuk meningkatkan bahagian BEV dalam armadanya. Elektrifikasi hibrid masih menjadi pilihan dalam 10-15 tahun akan datang, walaupun ia tidak memenuhi matlamat jangka panjang neutraliti karbon.

Walaupun pengaruh wabak COVID-19, teknologi BEV yang dipacu oleh elektrifikasi global masih mempercepatkan, peranti elektronik kuasa dalam penukar yang berbeza seperti penyongsang daya tarikan, DC-DC, OBC (pengecas on-board) terus meningkat, EV Sistem /HEV sedang beralih kepada 48V, dan arah aliran bateri juga berubah daripada 400V kepada 800V.

Pilihan elektrifikasi secara langsung berkaitan dengan pilihan seni bina teknikal kuasa penukar atau kapasiti bateri, yang akan membawa kepada ciri prestasi yang sama sekali berbeza bagi kenderaan yang berbeza. Yole menjangkakan bahawa dalam tempoh lima tahun akan datang, dengan penambahan bateri 48V dalam kereta, pasaran semikonduktor kuasa yang berkaitan dengan MHEV akan terus berkembang. Selain itu, daripada kenderaan hibrid kepada BEV, kandungan semikonduktor setiap kenderaan akan meningkat dengan peningkatan tahap elektrifikasi.

Sebenarnya, BEV sedang mempromosikan perkembangan pesat teknologi ini. Dalam hal ini, pengguna jelas perlu memandu jarak yang lebih jauh dalam masa pengecasan yang lebih singkat, sambil mengurangkan kos. Terdapat beberapa cara untuk meningkatkan julat pemanduan, seperti mengoptimumkan reka bentuk bateri untuk meningkatkan kapasiti tenaganya atau meningkatkan kecekapan penyongsang. Sebaliknya, untuk mengurangkan masa pengecasan bateri, pengecas kuasa tinggi (sehingga 350kW) digunakan di seluruh dunia. Untuk mengelakkan cabaran yang berkaitan dengan tahap semasa yang tinggi, trend pembangunan adalah untuk meningkatkan voltan bateri. Meningkatkan voltan bateri daripada 400V semasa kepada 800V boleh merealisasikan pengecasan yang lebih pantas dan memberikan nilai tambah yang tinggi untuk pengguna kereta.

Malah, Porsche dan Hyundai telah pun menggunakan bateri 800V, dan syarikat lain akan mengikutinya. Memandangkan penyongsang utama beroperasi pada voltan yang lebih tinggi, komponen semikonduktor kuasanya juga mesti mempunyai penarafan voltan yang lebih tinggi, biasanya 1200V V. Peralihan daripada komponen 600V-750V kepada komponen 1200V telah membawa peluang perniagaan baharu kepada sesetengah pembekal, manakala perniagaan yang lain akan berkurangan. Pilihan elektrifikasi kenderaan dan pilihan teknologi yang berbeza akan membawa kepada strategi berbeza yang diguna pakai oleh OEM utama.

     

Faktor pemacu utama kenderaan elektrik

Julat pelayaran kenderaan elektrik bukan sahaja ditentukan oleh bateri, tetapi juga kecekapan keseluruhan sistem kuasa memainkan peranan penting. Satu pasukan Flawn Hof Institute for Reliability and Micro-integration (IZM) di Berlin sedang membangunkan penyongsang kuasa unit kawalan elektronik untuk sistem kuasa Mission E elektrik tulen Porsche, yang boleh menukar tenaga antara bateri dan motor dengan lebih berkesan daripada skema sedia ada. .

     

Penyongsang kuasa Porsche SiC

Penyelidik dan pakar rakan industri mereka menggunakan transistor semikonduktor SiC yang cekap terutamanya untuk memastikan kuasa yang digunakan oleh arus yang mengalir melalui transistor adalah lebih kecil. Mereka mahu menggunakan bilangan transistor paling sedikit, kerana setiap peranti SiC akan menggunakan sedikit tenaga dan perlu disejukkan. Penyelidik mereka bentuk semula elemen penyejukan penyongsang kuasa untuk mencapai kesan penyejukan yang terbaik. Dengan mengoptimumkan sistem penghantaran dengan cara ini, perbatuan kenderaan elektrik akhirnya akan meningkat sebanyak 6%.

Untuk menyelesaikan masalah bahawa bahan modul kuasa yang berbeza mempunyai kadar pengembangan yang berbeza, elemen penyejukan baru menggunakan plat logam yang sangat nipis untuk mengimbangi tekanan yang disebabkan oleh ubah bentuk sedikit semasa pemanasan atau penyejukan, dan memanjangkan hayat perkhidmatan. Untuk mengurangkan tekanan modul penyongsang kuasa, struktur yang terdiri daripada elemen penyejukan dan transistor SiC disambungkan dengan seluruh sistem elektronik dengan memutar wayar tembaga nipis yang fleksibel untuk mengelakkan keretakan. Ia boleh dilihat bahawa sistem voltan tinggi 800V hanya di mana prestasi suhu tinggi SiC boleh digunakan.

Penyongsang daya tarikan adalah permintaan besar untuk peranti elektronik kuasa.

Pada asasnya terdapat tiga jenis penukar dalam EV/HEV: penyongsang utama, penukar DC-DC, penjana dan OBC. Oleh kerana tahap kuasanya yang tinggi, penyongsang utama adalah pasaran terbesar dalam penukar, dengan kandungan semikonduktor kuasa tertinggi. Oleh itu, pasaran penyongsang utama dijangka mencecah USD 19.5 bilion menjelang 2026, mencakupi 67% daripada pasaran penukar EV/HEV, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 26.9%.

Berkenaan dengan pasaran semikonduktor kuasa, disebabkan oleh persaingan teknikal yang ketara antara modul IGBT dan SiC, nilainya dijangka meningkat tiga kali ganda dari 2020 hingga 2026. Malah, kos semasa modul SiC masih kira-kira tiga kali ganda berbanding modul 650V IGBT, tetapi apabila kumpulan pengeluaran lebih besar, dengan peralihan kepada wafer 8-inci dan populariti peranti 1200V dengan voltan bateri yang lebih tinggi, jurang ini akan beransur-ansur mengecil.

Rantaian bekalan EV/HEV terus terjejas oleh peningkatan permintaan dan trend teknologi. Walaupun pengeluar semikonduktor EV/HEV terkemuka konsisten dengan pengeluar semikonduktor lain untuk aplikasi kuasa (seperti Infineon, stmicroelectronics, Hitachi, Mitsubishi Electric dan Anselme), syarikat lain (Tier 1, OEM, pengeluar semikonduktor kuasa dan pendatang baru modul tulen) juga menyediakan modul kuasa untuk EV/HEV.

Situasi yang sama berlaku dalam bidang reka bentuk dan pembuatan bateri, dan OEM seperti Tesla dan General Motors seterusnya cuba mengawal rantaian bekalan mereka. Persaingan di peringkat OEM juga telah membuka dua landasan utama: satu ialah OEM tradisional dengan pasaran matang dan jenama terkenal menukar perniagaan mereka kepada kenderaan elektrik; Sebaliknya, OEM kenderaan elektrik tulen sedang muncul di bahagian yang berlainan di dunia (seperti Weilai, Rivian, Rimac, Tucki dan Hezhong), dan sebahagian daripadanya, diketuai oleh Tesla, meningkatkan jualan mereka dengan pantas dari tahun ke tahun. Model baharu yang diperkenalkan biasanya mempunyai prestasi kos yang lebih baik, yang membawa kepada pembentukan semula berterusan jualan sepuluh kereta teratas.

     

Pasaran peranti semikonduktor kuasa XEV (juta USD)

SiC berjalan di atas permaidani merah EV/HEV

Sekarang, kereta yang tidak menggunakan SiC malu untuk memanggil perjalanan elektrik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terutamanya sejak Tesla memperkenalkan SiC ke dalam penyongsang utama Model 3nya, penggunaan SiC dalam EV/HEV telah menyebabkan kesan yang besar. Tetapi tidak semua penukar atau semua jenis kenderaan elektrik sesuai untuk bahan mahal ini.

Tidak dinafikan bahawa BEV adalah pemenang menerima pakai SiC, kerana ia memerlukan perbatuan yang panjang dan masa pengecasan yang pantas. Oleh itu, dengan peningkatan kecekapan penukar, kos penukar yang meningkat diberi pampasan, sekali gus menjimatkan kos bateri. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa penggunaan SiC dalam penyongsang utama telah menjadi matlamat bersama OEM utama, dan Daimler dan Hyundai tidak lama lagi memasukkannya ke dalam penyongsang utama.

Walaupun kos peranti SiC lebih tinggi daripada peranti silikon, ia membantu mengurangkan kos bateri dan meningkatkan julat pelayaran, sekali gus mengurangkan kos keseluruhan kenderaan dengan berkesan. Menggunakan penyongsang SiC boleh menjimatkan kira-kira $200 setiap kereta, dan mengurangkan saiz dan berat penyongsang utama.

Pada masa kini, Infineon, Cree(Wolfspeed) dan stmicroelectronics telah memperkenalkan satu siri peranti dengan cip SiC. Banyak pengeluar semikonduktor menganggap modul SiC sebagai sasaran aplikasi kenderaan elektrik. Dianggarkan menjelang 2026, pasaran modul SiC akan menyumbang 32% daripada pasaran semikonduktor EV/HEV.

     

Gema SiC dan 800V

Walaupun setiap OEM mempunyai strategi penggunaan SiC sendiri, Tesla telah meningkatkan prestasinya dengan ketara dengan teknologi SiC, dan penggunaan bateri 800V juga telah meningkatkan penggunaan SiC, dan lebih banyak OEM sedang membuat susulan. Pada masa ini, Shanghai Volkswagen, Nissan, BYD, Beiqi New Energy dan Geely semuanya menggunakan peranti SiC dalam OBC dan DC-DC beberapa model mereka; Tesla, BYD, Yutong Bus, Geely, dsb. menggunakan peranti SiC dalam pengawal motor; Lebih banyak syarikat kereta akan menggunakan SiC dalam penyongsang utama, termasuk Hongqi, Beiqi New Energy, Jianghuai Automobile, Hyundai, Honda, BMW, Audi, dan pembuat kereta baharu Weilai, Tucki, Ideality, dsb. Banyak syarikat Tahap 1 juga telah mengeluarkan pelan pemacu elektrik SiC, termasuk Bosch, Delphi, ZF, Valeo, Weipai Technology, Jingjin Electric dan sebagainya.

Satu perkara yang pasti, sama ada teknologi itu baik atau buruk, aplikasinya adalah yang terbaik. Dalam bidang automotif, peranti SiC akan wujud bersama peranti berasaskan silikon untuk masa yang lama. Dari segi penyetempatan, berbanding dengan negara luar, masih terdapat jurang tertentu dalam proses pembuatan peranti SiC domestik, terutamanya kadar hasil perlu dipertingkatkan lagi. Satu lagi persoalan utama ialah sama ada syarikat kereta berani menggunakan peranti domestik, yang memerlukan keberanian dan sikap saintifik tertentu, dan memerlukan sedikit masa untuk menguji dan mengesahkan di jalan raya.

Mempercepatkan pengenalan kumpulan elektrifikasi

Pelaksanaan strategi awal elektrifikasi kenderaan semakin pantas, kerana kenderaan diesel diharamkan di beberapa kawasan/bandar, dan keutamaan pelanggan terhadap kenderaan SUV semakin meningkat. "Pintu diesel" Volkswagen, "kesan Tesla", insentif untuk kenderaan sifar pelepasan di China, pengurangan kos bateri, sasaran pengurangan pelepasan karbon dioksida, NEDC (Keadaan Pemanduan Eropah Baharu) →WLTP (Prosedur Ujian Kenderaan Ringan Bersatu Global), termasuk Wabak COVID-19, semuanya mempromosikan proses elektrifikasi kenderaan.

     

Pecutan elektrifikasi kenderaan

Pada masa ini, dalam teknologi elektronik kuasa EV/HEV, penyongsang utama boleh sama ada peranti diskret atau modul mengikut jenis elektrifikasi dan tahap kuasa berbeza yang dipilih oleh pengilang. 48-12V DC-DC pada asasnya ialah peranti diskret 80-100V; HV-12V DC-DC pada asasnya ialah peranti diskret 500-650V dan 80-100V; OBC pada asasnya ialah peranti diskret 600-650V; Penukar rangsangan pada asasnya ialah peranti diskret 600V.

     

Peranti kuasa yang digunakan untuk setiap jenis xEV

Oleh itu, modul, terutamanya peranti dan modul kuasa SiC, mempunyai ruang yang besar untuk pengenalan. Sesetengah OEM asing mula menggunakan diod penghalang SiC Schottky dan MOSFET pada OBC pada 2018. Selepas itu, kadar penembusan pasaran terus meningkat, dan kemudian mereka beralih kepada pengawal motor dan penyongsang utama dengan keperluan kebolehpercayaan yang lebih tinggi. Ini juga merupakan proses peralihan daripada peranti diskret kepada modul semua-SiC.

Permintaan tertinggi untuk import adalah kenderaan elektrik dengan jarak pelayaran yang jauh. Kadar penembusan SiC bagi pengawal motor kenderaan dengan jarak pelayaran melebihi 500km dijangka hampir 100% menjelang 2024; Kadar penembusan keseluruhan kenderaan di bawah 500km boleh mencapai 40%.

Tidak dinafikan, hampir semua OEM kenderaan elektrik telah memasukkan aplikasi peranti SiC dalam rancangan pembangunan projek baharu, dan dijangkakan SiC akan menjadi nod letupan dalam pasaran kenderaan elektrik pada tahun 2025.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "TechSugar". Artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi pengarang, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ia hanya untuk mencetak semula dan berkongsi untuk menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber dan pengarang asal semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Tel Syarikat: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li
QQ: 332496225 Pengurus Qiu
Alamat: Bilik 809, Blok C, Bangunan Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Daerah Baru Longhua, Shenzhen