《电动汽车电力电子技术及市场-2021版》
2021-09-08 22:04:04   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

目前,电动汽车动力系统的创新主要聚焦于电池、牵引电机和电力电子器件。IDTechEx这份最新发布的报告重点聚焦了汽车电力电子器件,分析了技术和潜在的材料发展趋势,以及整个价值链带来的大量机遇。

Power Electronics for Electric Vehicles 2022-2032

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《电动汽车电力电子技术及市场-2021版》

据麦姆斯咨询介绍,纯电动汽车正在席卷全球,据英国知名研究公司IDTechEx预测,2022~2032年全球电动汽车市场的复合年增长率(CAGR)将达到25%,全球市场的增长势头将至少持续二十年。

电动汽车动力总成通常仅包含不到20个运动部件,而燃油车动力总成则包含数百个运动部件,从这个角度来说,电动汽车的兴起抹去了汽车工程百年来的积累。

目前,电动汽车动力系统的创新主要聚焦于电池、牵引电机和电力电子器件。车辆续航里程、安全性、使用寿命以及可持续运输等需求推动了这些组件的技术进步。

IDTechEx这份最新发布的报告重点聚焦了汽车电力电子器件,分析了技术和潜在的材料发展趋势,以及整个价值链带来的大量机遇。

汽车电力电子:逆变器、车载充电设备(OBC)和DC-DC转换器

电动汽车电力电子器件典型功率

电动汽车电力电子器件典型功率

电力电子器件是一种用于控制和转换功率的固态电子器件。对于电动汽车,它主要包括三大关键设备:车载充电设备(OBC),为电池充电的AC-DC整流器;逆变器,大功率DC-AC转换器,用于电池组为牵引电机供电;以及DC-DC转换器,将动力电池组高电压转换为恒定的低电压为全车电器及低压蓄电池供电。

其中最关键的是主逆变器,它以最高功率运行,用于动力牵引。这里的任何效率改进都能够在不增加电池容量的情况下提高车辆续航里程。

这推动了由特斯拉(Tesla)引领的从硅绝缘栅双极型晶体管(Si IGBT)向碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)的快速过渡。特斯拉在2017年推出Model 3,引入了第一款采用定制SiC MOSFET的汽车逆变器,它来自意法半导体(STMicroelectronics),采用烧结银连接技术,可实现高可靠、高导热的连接。

传统电动汽车逆变器封装

传统电动汽车逆变器封装

如今,SiC MOSFET供应链正如雪球般持续增长,市场参与厂商包括罗姆(ROHM)、科锐(Cree)、昭和电工(Denko)、英飞凌(Infineon)、电装(Denso)、博世(Bosch)、德尔福(Delphi)、Vitesco(原大陆集团动力总成事业群)、德纳(Dana)等,他们不断扩大产能,并拓展了合作伙伴关系,以满足快速增长的市场需求。本报告探讨了从半导体制造到逆变器供应商的供应链动态,并利用IDTechEx“全球主要市场电动汽车车型、技术及销量数据库”提供了市场份额信息。

对于车载充电设备,主要趋势是更高功率运行。在这方面,宽禁带(WBG)开关的应用仍然很关键,不过,车载充电设备并不与续航里程直接相关。十年前,4 kW以下的车载充电设备是标准配置,而如今,由于电池容量的增加和对快速充电的持续需求,大多数新车型都配备了6~10 kW的车载充电设备。

更高额定值的车载充电设备也很重要,因为大多数公共充电装置都是交流电,这意味着车载充电设备通常会成为充电时间瓶颈。例如,宝马(BMW)纯电动汽车i3由于车载充电设备限制,插入22 kW交流充电桩时,只能在11 kW下充电。

车载充电设备的最终目标是22 kW,目前有些豪华电动汽车已经开始应用。

SiC降低逆变器封装尺寸

SiC降低逆变器封装尺寸

本报告按功率开关技术(SiC MOSFET、Si IGBT)和电压水平对逆变器、车载充电设备和DC-DC转换器的出货量、GW和市场规模(亿美元)分别进行了细分预测。

SiC MOSFET、GaN HEMT和封装材料创新

如今,Si IGBT在电动汽车电力电子领域占据了主导地位,但正在向第六代宽禁带半导体:SiC MOSFET和氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)快速过渡。

传统功率模组封装案例研究

传统功率模组封装案例研究

宽禁带半导体技术的跨越式发展,使电力电子器件大大提高了效率、功率密度和高温运行性能。这将成为改善电动汽车续航以及降低成本(通过缩小电池容量)的关键。

随着半导体芯片不再是高温运行和系统寿命的瓶颈,这为封装材料带来了新的机遇。新的烧结银浆料取代传统焊料,铜线和带状焊料,以及改进的热管理和材料成为行业关注的重点。

逆变器模组的热管理

逆变器模组的热管理

本报告预测了2022~2032年宽禁带汽车电力电子器件的应用趋势,并探讨了由此带来的封装技术和材料趋势。

800 V ~ 1000 V电动汽车

宽禁带半导体开关能够实现更高效的高压操作(800 V ~ 1000 V),这带来了350 kW直流快速充电等优势。不过,转向800 V并不像重新为电池电芯布线那样简单,它需要对电池电芯、热管理系统、逆变器、电机和高压电缆等进行深入的系统改进或重新设计。

800 V和SiC优势

800 V和SiC优势

尽管面临挑战,但业界仍在努力推动发展,至少有十家汽车制造商宣布将开发800 V ~ 1000 V的车型和车辆平台,并将在2021~2025年前后发布。

未来几年,800 V将主要(但不限于)成为5万美元以上豪华车型的专属配置。转向800 V平台并不一定要采用SiC MOSFET,但却是其强大的驱动力。然而,对于900 V以上的平台(例如采用924V高压系统的Lucid Air车型),SiC将是唯一现实的选择。

本报告利用IDTechEx一直跟踪的高压车型和平台数据库,采用自下而上的方法对800 V逆变器进行了预测。

报告目录:
1. Executive Summary
2. Electric Car Markets
3. Introduction to Power Electronics
4. Automotive Inverters
5. Supply Chain
6. Package Materials & Innovations
7. Substrates
8. Approaches to Substrate Metallisation
9. Power Electronics Cooling & Thermal Management
10. Power Modules 2004-2016
11. Onboard Chargers
12. 800-1000V Cars
13. Forecasts

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