高压WBG电力电子器件日趋成熟

IDTechEx报告称，800V电动汽车使用SiC电力电子器件充电进入主流

未来十年，电动汽车（EV）电力电子产品的需求将大幅增加，主要原因是BEV汽车市场的快速增长，IDTechEx预计未来十年全球复合年增长率将达到15%。

目前，BEV汽车的加权平均电池容量在所有地区都在增加，这给电池供应链带来了压力，并造成了不确定性。结果是，驱动循环效率必须成为动力系统设计的前沿，这意味着高压宽带隙（WBG）电力电子产品的时代已经到来。

IDTechEx的最新报告《电动汽车用电力电子2023-2033》深入探讨了电动汽车电力电子，深入了解了不断发展的半导体和封装材料，包括Si、SiC和GaN半导体、管芯连接材料、引线键合、热管理等。IDTechEx提供了详细的预测，详细说明了逆变器、车载充电器（OBC）和DC-DC转换器（按电压（600V、1200V）和半导体类型（Si、SiC、GaN）划分）的单位销售额、GW和美元需求。

尽管硅IGBT在中高功率器件领域占据主导地位已有20年，包括在电动汽车电力电子领域，但它们正在让位于新一代的WBG材料：SiC和GaN。这将从根本上影响新功率器件的设计，包括封装材料，因为在更高温度下运行的高电压和高功率密度模块成为趋势。

从350-400V到800V以及更高电压的两个驱动因素是更高的直流快速充电（DCFC）功率水平，例如350kW，以及驱动循环效率的提高。与AC充电器相比，DCFC兼容性目前是一个相对较弱的驱动因素，因为其可用性较低，并且与800V基础设施相关的成本较高。

事实上，IDTechEx报告《2022-2032年电动汽车和车队的充电基础设施》估计，2022年约有300万次AC充电安装，而100kW以上的DCFC约为50000次。此外，更高级别的DCFC不一定会驱动向800V的过渡，尽管它更为理想。特斯拉就是一个很好的例子，它部署了250kW的增压器，但没有超越其350V平台。

800V的效率论证更为有力。这可以减少焦耳损耗，并减小高压电缆的尺寸。与SiC MOSFET相结合，它通常会带来5-10%的效率提高，这可能会缩小昂贵的电池尺寸、节约成本或提高车辆的续航里程，从而创造竞争优势。

然而，对汽车行业来说，这是一个充满挑战的时期，2022年800V的采用经历了一些困难。Lucid Air是首款900V量产车，在最初目标为20000辆后，2022年售出了约7000辆。2020年至2021年，保时捷的Taycan也是OEM在欧洲最畅销的车型之一，但2022年销量有所下降。这两者都是持续的零部件短缺和供应链挑战的结果，例如，俄乌战争导致的线束短缺。

另一方面，现代汽车正在展示800V平台的成功。由于IONIQ 5和起亚EV6的普及，该公司使用800V E-GMP平台的车型在韩国的销量翻了一番多，达到每年70000台左右。这使得800V汽车市场第一次从豪华车市场转向主流汽车市场。为了支持快速增长，现代汽车正在多元化其SiC供应伙伴关系，2022年与Onsemi和STMicroelectronics签署新协议，以增加与英飞凌和Vitesco的现有关系。

中国也在向800V汽车过渡，主要OEM（包括比亚迪、XPeng、长城汽车、广汽等）将在2022年制定开发计划。这些车辆极有可能使用SiC MOSFET，从而使SiC行业能够进入全球最大的电动汽车市场，因为中国在2022年售出了650万辆电动汽车。

虽然1200V SiC MOSFET（在800V车辆平台中采用）将在优化驱动循环效率方面发挥关键作用，但这仍然只是一个难题。驱动循环效率可以在许多方面得到提高，从改进的电池化学到太阳能车身、减少每辆车的高压电缆、600V SiC、改进的电机设计等等。汽车制造商的任务是不断提高整体驱动循环效率，以确保电池供应不短缺。