A szilícium-karbid (SiC) és a 800V-os járműhálózat

Az elektromos járművek (EV) teljesítményelektronikája iránti kereslet drámaian növekedni fog a következő tíz évben, elsősorban a BEV autók piacának gyors növekedése miatt, ahol az IDTechEx globálisan 15%-os CAGR-t jósol a következő évtizedben. Jelenleg a BEV autók súlyozott átlagos akkumulátorkapacitása minden régióban növekszik, ami nyomást helyez az akkumulátor-ellátási láncokra, és bizonytalanságot okoz. Az eredmény az, hogy a hajtásciklus-hatékonyságnak a hajtáslánc-tervezés homlokterébe kell kerülnie, ami azt jelenti, hogy eljött az ideje a nagyfeszültségű szélessávú (WBG) teljesítményelektronikának.

Míg a Si IGBT-k 20 éve uralják a közepes és nagy teljesítményű eszközök kínálatát, beleértve az elektromos járművek teljesítményelektronikáját is, átadják a helyét a WBG anyagok új generációjának: a SiC-nak és a GaN-nak. Ez alapvetően befolyásolja az új erőátviteli eszközök tervezését, beleértve a csomagolóanyagokat is, mivel a magasabb hőmérsékleten működő nagyfeszültségű és nagy teljesítménysűrűségű modulok trendjeivé válnak.

A 350-400 V-ról 800 V-ra és még tovább történő átállásra gyakran hivatkoznak a két hajtóerő a magasabb egyenáramú gyorstöltés (DCFC) teljesítményszintje, például a 350 kW, és a hajtásciklus hatékonyságának növekedése. A DCFC-kompatibilitás manapság viszonylag gyenge tényező az AC töltőkhöz képest alacsony rendelkezésre állás és a 800 V-os infrastruktúrával kapcsolatos magas költségek miatt. Valójában az IDTechEx becslése szerint 2022-ben körülbelül 3 millió váltakozó áramú töltésre került sor, szemben a körülbelül 50 000 DCFC 100 kW feletti teljesítményével. Ezenkívül a magasabb DCFC-szintek nem feltétlenül vezetnek át 800 V-ra, bár ez optimálisabb. A Tesla jó példa arra, hogy 250 kW-os feltöltőit telepített anélkül, hogy túllépte volna a 350 V-os platformját.

A 800 V-os hatékonysági érv az erősebb. Ez lehetővé teszi az energiaveszteségek csökkentését és a nagyfeszültségű kábelek méretének csökkentését. A SiC MOSFET-ekkel kombinálva általában 5-10%-os hatékonyságnövekedést eredményez, ami potenciálisan lecsökkentheti a drága akkumulátort, megtakaríthatja a költségeket vagy javíthatja a jármű hatótávolságát, versenyelőnyt teremtve.

Mégis, ez egy kihívásokkal teli időszak az autóipar számára, és 2022-ben a 800 V átvétele néhány buktatót tapasztalt. A Lucid Air, az első 900 V-os sorozatgyártású autó, 2022-ben körülbelül 7000 darabot adtak el a kezdeti 20 000-es cél után. A Porsche Taycan is az egyik legkelendőbb modell volt Európában 2020 és 2021 között, de az eladások 2022-ben visszaestek. Mindkettő a folyamatos alkatrészhiány és az ellátási lánc kihívásai, például az orosz-ukrán háború miatti kábelköteg-hiány következménye. .

Másrészt a Hyundai a 800 V-os platformok sikerét demonstrálja. A cég 800 V-os E-GMP platformot használó modelljeinek értékesítése Dél-Koreában több mint kétszeresére, évi 70 000 darabra nőtt, az IONIQ 5 és a Kia EV6 népszerűségének köszönhetően. Ezzel a 800 V-os autók piacát először kiemelik a luxus szegmensből, és túlnyomórészt a mainstream autók szegmensei közé tartoznak. A gyors növekedés támogatása érdekében a Hyundai diverzifikálja SiC-ellátási partnerségeit, és 2022-ben új szerződéseket ír alá az Onsemivel és az STMicroelectronics-szal, hogy tovább bővítse az Infineonnal és a Vitescóval fennálló kapcsolatait.

Kína a 800 V-os járművekre való átállást is jelzi, és 2022-re fejlesztési tervei vannak a főbb OEM-ektől, köztük a BYD-től, az XPeng-től, a Great Wall Motors-tól, a GAC-tól és másoktól. Ezek a járművek nagy valószínűséggel SiC MOSFET-eket fognak használni, ami lehetővé teszi a SiC-ipar számára, hogy belépjen a világ legnagyobb elektromos járművek piacára, mivel Kína 2022-ben több mint 6,5 millió elektromos járművet adott el.

Míg az 1200 V-os SiC MOSFET-ek (800 V-os járműplatformokon alkalmazva) kulcsszerepet játszanak majd a hajtásciklus hatékonyságának optimalizálásában, ez még mindig csak egy darabja a kirakósnak. A vezetési ciklus hatékonysága számos területen javítható, a továbbfejlesztett akkumulátorkémiától a napelemes karosszériáig, a járművenkénti nagyfeszültségű kábelcsökkentésig, a 600 V-os SiC-ig, a továbbfejlesztett motortervezésig stb. Az autógyártók feladata, hogy folyamatosan javítsák a teljes vezetési ciklus hatékonyságát, hogy az akkumulátorellátás ne apadjon ki.