Tegen 2026 zal de strikte CO2-emissiedoelstelling ervoor zorgen dat het aandeel elektrische voertuigen/hybride voertuigen (EV’s/HEV’s) in alle personenauto’s 38% zal bereiken, wat betekent dat verschillende halfgeleidertechnologieën en stroomapparatuur een marktkans van 5.6 miljard dollar zullen krijgen. Dit is het oordeel van Yole Dedevelopment, een marktonderzoeksbureau, in Power Electronics Technology of Electric Vehicles in 2021.

Er zijn zoveel soorten elektrische auto’s.

Of het nu een EV of een HEV is, een elektrisch voertuig of een xEV. De specifieke classificatie is als volgt:

               

Mild Hybrid Electric Vehicle (MHEV): Voertuigen die gebruikmaken van een verbrandingsmotor (of thermische motor) en een elektromotor, meestal met behulp van een ICE-hulpmotor met een vermogen van 10-20 kW, inclusief 48V-voertuigen (mild hybride) uitgerust met laagspanningsbatterijen.

               

Hybride elektrisch voertuig (full HEV, sterke HEV): een voertuig dat gebruik maakt van een verbrandingsmotor en een elektromotor. De elektromotor wordt aangedreven door een hoogspanningsaccu, die een hoog vermogen voor de motor kan leveren. Het vermogensbereik bedraagt ​​70-170 kW en de accu kan niet via het elektriciteitsnet worden opgeladen. De energiecapaciteit van de batterij is relatief laag (ongeveer 2-5 kWh), waardoor het rijbereik in de E-modus beperkt is (enkele kilometers);

               

Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV): Een voertuig dat gebruik maakt van een verbrandingsmotor en een elektromotor (zoals een volledige hybride). De accu van PHEV kan worden opgeladen via het elektriciteitsnet en bevat daarom een ​​ingebouwde lader en een laadstekker. De capaciteit van de batterij is groter dan die van de volledige HEV, meestal ongeveer 9 kWh. Bij gebruik van een tweeweglader kan de auto gebruikt worden als stroombron voor V2G (vehicle to grid) en V2H (vehicle to home) toepassingen.

               

Extended Range Electric Vehicle (EREV): Het is een elektrisch voertuig op batterijen dat een hulpaggregaat (APU) bevat, genaamd "mileage extender". Deze kleine generator is meestal een verbrandingsmotor (ICE), maar er kan ook gebruik worden gemaakt van een brandstofcel. De generator laadt de accu op, die de motor van het voertuig van stroom voorziet. Deze opstelling wordt een seriehybride aandrijflijn genoemd. De kilometerstandverlenger is niet geschikt voor dagelijks gebruik en is alleen van toepassing als de bestuurder de kilometerstand van het voertuig moet verlengen om het volgende laadstation te bereiken.

                               

Brandstof-elektrisch voertuig (FCEV, FCV of voertuig op waterstof): Het heeft alleen een motor (zonder ICE-motor) en wordt meestal een voertuig op waterstof genoemd. Eigenlijk is het een elektrisch voertuig dat elektriciteit opwekt uit waterstof via een brandstofcelstapel. FCEV bevat batterijen (of supercondensatorbanken) om bepaalde functies te vervullen, zoals het terugwinnen van remenergie, enz. De accu is een hoogspanningsaccu, die doorgaans een lage energiecapaciteit heeft (enkele kWh). Sommige FCEV's gebruiken grotere batterijen (ongeveer 10 kWh, die kunnen worden opgeladen via het elektriciteitsnet, vergelijkbaar met PHEV, om schoner rijden te bereiken (ervan uitgaande dat de oplaadelektriciteit wordt opgewekt door schone hernieuwbare energiebronnen, zoals fotovoltaïsche energie of windenergie). Tweeweglader in FCEV kan worden gebruikt als voeding voor V2G- en V2H-toepassingen.

New Energy Vehicle (NEV): een term die door de Chinese overheid wordt gebruikt, waaronder PHEV, BEV, FCEV, enz. De formulering van nieuwe energievoertuigen kan het door de staat uitgevaardigde beleid duurzamer maken, meer technische iteraties bestrijken en helpen een soepele transitie te bewerkstelligen. Via periodieke aanpassings- en terugtrekkingsmechanismen worden ondernemingen voortdurend aangemoedigd om nieuwe technologieën uit te proberen. Bij traditionele auto's is er een grote kloof tussen China en het buitenland, vooral bij motoren, die hoge technische barrières met zich meebrengen. Maak nieuwe dingen, de kloof met het buitenland is niet groot, om te voorkomen dat je in de toekomst door buitenlandse technologie wordt geëlimineerd.

De afgelopen jaren heeft de xEV-markt zich snel ontwikkeld, dankzij de inzet van overheden om in 2050 koolstofneutraliteit te bereiken. De adoptie van elektrische voertuigen is de sleutel tot het terugdringen van de CO1-uitstoot, en OEM’s, Tier XNUMX-fabrikanten en fabrikanten van elektrische halfgeleiders zullen mee evolueren met de groei van elektrische voertuigen.

Bij xEV-toepassingen omvat het systeemniveau de hoofdomvormer en generator, de boostconverter, de DC-DC-converter en de voertuiglader; Pakkettypen omvatten discrete modules en voedingsmodules; Tot de vermogenscomponenten behoren onder meer silicium-MOSFET, silicium-IGBT, silicium-BJT (bipolaire transistor), siliciumcarbide (SiC)-MOSFET en galliumnitride (GaN)-HEMT, enz.

BEV leidt hoogspanningstechnologie

Met de strikte reductie van de CO2-uitstoot en de CO2-neutrale doelstellingen van verschillende landen heeft de auto-industrie een grote stap gezet in de richting van de elektrificatie van auto’s. Hoewel elke OEM verschillende elektrificatiestrategieën heeft, vooral in verschillende regio's, hebben ze een gemeenschappelijk doel, namelijk het vergroten van het aandeel BEV in hun vloot. Hybride elektrificatie is de komende 10 tot 15 jaar nog steeds een optie, hoewel het niet voldoet aan het langetermijndoel van koolstofneutraliteit.

Ondanks de invloed van de COVID-19-epidemie versnelt de BEV-technologie, aangedreven door de wereldwijde elektrificatie, nog steeds, de vermogenselektronische apparaten in verschillende omvormers zoals tractie-omvormer, DC-DC, OBC (on-board lader) blijven toenemen, de EV /HEV-systeem gaat over naar 48V, en de batterijtrend verandert ook van 400V naar 800V.

De keuze voor elektrificatie houdt rechtstreeks verband met de keuze voor de technische architectuur van het omvormervermogen of de batterijcapaciteit, wat zal leiden tot totaal verschillende prestatiekenmerken van verschillende voertuigen. Yole verwacht dat in de komende vijf jaar, met de toevoeging van 48V-batterijen in auto's, de markt voor vermogenshalfgeleiders gerelateerd aan MHEV zal blijven groeien. Bovendien zal, van hybride voertuigen tot BEV, het halfgeleidergehalte van elk voertuig toenemen naarmate het elektrificatieniveau verbetert.

BEV bevordert trouwens de snelle ontwikkeling van deze technologie. In dit opzicht willen gebruikers uiteraard een langere afstand afleggen in een kortere oplaadtijd, terwijl de kosten omlaag gaan. Er zijn verschillende manieren om het rijbereik te vergroten, zoals het optimaliseren van het batterijontwerp om de energiecapaciteit te vergroten of de efficiëntie van de omvormer te verbeteren. Om de oplaadtijd van de batterij te verkorten, worden daarentegen over de hele wereld krachtige laders (tot 350 kW) ingezet. Om de uitdagingen die gepaard gaan met hoge stroomniveaus te vermijden, is de ontwikkelingstrend het verhogen van de accuspanning. Het verhogen van de accuspanning van de huidige 400V naar 800V kan sneller opladen realiseren en een hoge toegevoegde waarde bieden voor autogebruikers.

Porsche en Hyundai hebben zelfs al 800V-batterijen ingevoerd, en andere bedrijven zullen dit voorbeeld volgen. Omdat de hoofdomvormer op een hogere spanning werkt, moeten de vermogenshalfgeleidercomponenten ook een hogere spanning hebben, meestal 1200V V. De overgang van 600V-750V-componenten naar 1200V-componenten heeft voor sommige leveranciers nieuwe zakelijke kansen opgeleverd, terwijl de omzet van anderen zal afnemen. De keuze voor voertuigelektrificatie en verschillende technologische keuzes zullen leiden tot verschillende strategieën die door grote OEM’s worden toegepast.

     

Belangrijkste drijvende factoren van elektrische voertuigen

Het rijbereik van elektrische voertuigen wordt niet alleen bepaald door de batterij, maar ook de efficiëntie van het hele energiesysteem speelt een belangrijke rol. Een team van het Flawn Hof Instituut voor Betrouwbaarheid en Micro-integratie (IZM) in Berlijn ontwikkelt een elektronische besturingseenheid-omvormer voor het puur elektrische Mission E-energiesysteem van Porsche, dat de energie tussen batterij en motor effectiever kan omzetten dan het bestaande schema .

     

Porsche SiC-omvormer

Onderzoekers en experts van hun industriële partners gebruiken bijzonder efficiënte SiC-halfgeleidertransistors om ervoor te zorgen dat het stroomverbruik door de stroom die door de transistors stroomt kleiner is. Ze willen zo min mogelijk transistors gebruiken, omdat elk SiC-apparaat wat energie verbruikt en gekoeld moet worden. Onderzoekers hebben de koelelementen van de stroomomvormer opnieuw ontworpen om het beste koeleffect te bereiken. Door het transmissiesysteem op deze manier te optimaliseren zal het aantal kilometers van elektrische voertuigen uiteindelijk met 6% toenemen.

Om het probleem op te lossen dat verschillende materialen van de voedingsmodule verschillende uitzettingssnelheden hebben, gebruikt het nieuwe koelelement een zeer dunne metalen plaat om de spanning te compenseren die wordt veroorzaakt door lichte vervorming tijdens verwarming of koeling, en de levensduur te verlengen. Om de spanning van de omvormermodule te verminderen, is de structuur bestaande uit koelelementen en SiC-transistors verbonden met de rest van het elektronische systeem door flexibele dunne koperdraden te draaien om scheuren te voorkomen. Het is duidelijk dat het 800V-hoogspanningssysteem precies daar is waar de hoge-temperatuurprestaties van SiC kunnen worden gebruikt.

Tractie-omvormer is een grote vraag naar vermogenselektronische apparaten.

Er zijn in principe drie soorten omvormers in EV/HEV: hoofdomvormer, DC-DC-omvormer, generator en OBC. Vanwege het hoge vermogensniveau is de hoofdomvormer de grootste markt op het gebied van omvormers, met het hoogste vermogen aan halfgeleiders. Daarom wordt verwacht dat de belangrijkste markt voor omvormers in 19.5 een waarde van 2026 miljard dollar zal bereiken, goed voor 67% van de markt voor EV/HEV-converters, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 26.9%.

Wat de markt voor vermogenshalfgeleiders betreft, wordt verwacht dat de waarde ervan tussen 2020 en 2026 zal verdrievoudigen vanwege de aanzienlijke technische concurrentie tussen IGBT- en SiC-modules. De huidige kosten van een SiC-module liggen nog steeds ongeveer drie keer zo hoog als die van een 650V IGBT-module. Maar naarmate de productiebatche groter wordt, met de overgang naar 8-inch wafers en de populariteit van 1200V-apparaten met een hogere batterijspanning, zal dit verschil geleidelijk kleiner worden.

De EV/HEV-toeleveringsketen wordt nog steeds beïnvloed door de toenemende vraag en technologische trends. Hoewel de toonaangevende fabrikanten van EV/HEV-halfgeleiders consistent zijn met andere halfgeleiderfabrikanten voor energietoepassingen (zoals Infineon, stmicroelectronics, Hitachi, Mitsubishi Electric en Anselme), andere bedrijven (Tier 1, OEM, fabrikanten van vermogenshalfgeleiders en nieuwkomers op het gebied van pure modules) leveren ook voedingsmodules voor EV/HEV.

Een soortgelijke situatie doet zich voor op het gebied van het ontwerp en de productie van batterijen, en OEM's zoals Tesla en General Motors proberen verder hun toeleveringsketens onder controle te houden. De concurrentie op OEM-niveau heeft ook twee hoofdsporen geopend: de ene is dat traditionele OEM's met volwassen markten en bekende merken hun activiteiten richten op elektrische voertuigen; Aan de andere kant zijn er in verschillende delen van de wereld (zoals Weilai, Rivian, Rimac, Tucki en Hezhong) OEM's voor puur elektrische voertuigen in opkomst, en sommigen van hen, onder leiding van Tesla, verhogen hun verkoop jaar na jaar snel. De nieuwe modellen die worden geïntroduceerd, hebben doorgaans betere kostenprestaties, wat leidt tot een voortdurende hervorming van de verkoop van de top tien auto's.

     

Markt voor XEV-vermogenshalfgeleiderapparaten (miljoen USD)

SiC loopt op de rode loper van EV/HEV

Auto's die geen SiC gebruiken, schamen zich om elektrisch rijden te noemen. De afgelopen jaren, vooral sinds Tesla SiC in zijn Model 3-hoofdomvormer introduceerde, heeft de adoptie van SiC in EV/HEV grote gevolgen gehad. Maar niet alle omvormers of alle soorten geëlektrificeerde voertuigen zijn geschikt voor dit dure materiaal.

Het lijdt geen twijfel dat BEV de winnaar is van de adoptie van SiC, omdat het een lange kilometerstand en snelle oplaadtijd vereist. Daarom worden, met de verbetering van de efficiëntie van de omvormer, de hogere kosten van de omvormer gecompenseerd, waardoor de batterijkosten worden bespaard. Het is dan ook niet verrassend dat het gebruik van SiC in de hoofdomvormer het gemeenschappelijke doel is geworden van grote OEM's, en dat Daimler en Hyundai het al snel in de hoofdomvormer integreerden.

Hoewel de kosten van SiC-apparaten hoger zijn dan die van siliciumapparaten, helpt het de batterijkosten te verlagen en het vaarbereik te vergroten, waardoor de kosten van het hele voertuig effectief worden verlaagd. Het gebruik van een SiC-omvormer kan ongeveer $ 200 per auto besparen en de grootte en het gewicht van de hoofdomvormer verminderen.

Tegenwoordig hebben Infineon, Cree (Wolfspeed) en stmicroelectronics een reeks apparaten met SiC-chips geïntroduceerd. Veel halfgeleiderfabrikanten beschouwen SiC-modules als het doelwit van toepassingen in elektrische voertuigen. Geschat wordt dat de markt voor SiC-modules in 2026 32% van de EV/HEV-halfgeleidermarkt zal uitmaken.

     

Echo van SiC en 800V

Hoewel elke OEM zijn eigen SiC-adoptiestrategie heeft, heeft Tesla zijn prestaties aanzienlijk verbeterd met SiC-technologie, en de adoptie van 800V-batterijen heeft ook het gebruik van SiC vergroot, en meer OEM's volgen dit op. Momenteel gebruiken Shanghai Volkswagen, Nissan, BYD, Beiqi New Energy en Geely allemaal SiC-apparaten in OBC en DC-DC van sommige van hun modellen; Tesla, BYD, Yutong Bus, Geely, etc. gebruikten SiC-apparaten in motorcontrollers; Meer autobedrijven zullen SiC in de hoofdomvormer gebruiken, waaronder Hongqi, Beiqi New Energy, Jianghuai Automobile, Hyundai, Honda, BMW, Audi en nieuwe autofabrikanten Weilai, Tucki, Ideality, enz. Veel Tier 1-bedrijven hebben ook SiC-plannen voor elektrische aandrijving vrijgegeven, waaronder Bosch, Delphi, ZF, Valeo, Weipai Technology, Jingjin Electric enzovoort.

Eén ding is zeker: of de technologie nu goed of slecht is, de toepassing is de beste. In de automobielsector zullen SiC-apparaten nog lange tijd naast op silicium gebaseerde apparaten bestaan. In termen van lokalisatie is er, vergeleken met het buitenland, nog steeds een zekere kloof in het productieproces van binnenlandse SiC-apparaten, vooral het rendement moet verder worden verbeterd. Een andere belangrijke vraag is of autobedrijven huishoudelijke apparaten durven te gebruiken, wat een zekere moed en wetenschappelijke houding vereist, en het enige tijd kost om het onderweg te testen en te verifiëren.

Versnel de batchintroductie van elektrificatie

De implementatie van de oorspronkelijke strategie van voertuigelektrificatie versnelt, omdat dieselvoertuigen in sommige gebieden/steden verboden zijn en de voorkeur van klanten voor SUV-voertuigen toeneemt. De ‘dieseldeur’ van Volkswagen, het ‘Tesla-effect’, stimuleringsmaatregelen voor emissievrije voertuigen in China, reductie van de batterijkosten, doelstelling voor de vermindering van de CO19-uitstoot, NEDC (New European Driving Condition) →WLTP (Global Unified Light Vehicle Test Procedure), inclusief de De COVID-XNUMX-epidemie bevordert allemaal het proces van voertuigelektrificatie.

     

Acceleratie van de elektrificatie van voertuigen

Momenteel kan de hoofdomvormer in de vermogenselektronicatechnologie van EV/HEV een afzonderlijk apparaat of een module zijn, afhankelijk van het elektrificatietype en het verschillende vermogensniveau dat door de fabrikant is geselecteerd. De 48-12V DC-DC is in feite een afzonderlijk apparaat van 80-100V; HV-12V DC-DC is in feite een afzonderlijk apparaat van 500-650V en 80-100V; OBC is in feite een afzonderlijk apparaat van 600-650 V; De boost-converter is in feite een afzonderlijk apparaat van 600 V.

     

Voedingsapparaten die voor elk xEV-type worden gebruikt

Daarom hebben modules, vooral SiC-voedingsapparaten en -modules, een grote introductieruimte. Sinds 2018 zijn enkele buitenlandse OEM's begonnen met het gebruik van SiC Schottky-barrièrediodes en MOSFET's op OBC's. Daarna is de marktpenetratie verder toegenomen en zijn ze overgestapt op motorcontrollers en hoofdomvormers met hogere betrouwbaarheidseisen. Dit is ook het overgangsproces van afzonderlijke apparaten naar volledig SiC-modules.

De grootste vraag naar import zijn elektrische voertuigen met een groot actieradius. Er wordt verwacht dat de SiC-penetratiegraad van motorcontrollers van voertuigen met een actieradius van meer dan 500 km in 100 bijna 2024% zal bedragen; De totale penetratiegraad van voertuigen onder de 500 km kan oplopen tot 40%.

Ongetwijfeld hebben bijna alle OEM's van elektrische voertuigen de toepassing van SiC-apparaten opgenomen in nieuwe projectontwikkelingsplannen, en er wordt verwacht dat SiC in 2025 het explosieve knooppunt op de markt voor elektrische voertuigen zal worden.

Disclaimer: dit artikel is overgenomen van "TechSugar". Dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur en vertegenwoordigt niet de mening van Sacco Micro en de industrie. Het herdrukken en delen is alleen bedoeld om de bescherming van intellectuele eigendomsrechten te ondersteunen. Vermeld bij herdruk de originele bron en auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.

Bedrijf Tel: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li
Vraag: 332496225 Manager Qiu
Adres: Kamer 809, Blok C, Zhantao Technology Building, No.1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen