《电动汽车电力电子技术及市场-2024版》
2024-06-06 22:16:55   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035

据麦姆斯咨询介绍，英国知名研究公司IDTechEx在这份最新发布的报告中分析了电动汽车（EV）电力电子市场，从晶圆尺寸到汽车原始设备制造商的发展趋势，深入探讨了碳化硅（SiC）MOSFET在逆变器、车载充电器（OBC）和DC-DC转换器中的应用。此外，还探讨了氮化镓（GaN）在汽车领域的应用，并对潜在的技术进行了分析。此外，IDTechEx还按电压（600V、1200V）和技术（Si、SiC、GaN）对电力电子市场进行了细分预测。

未来十年，电动汽车的需求将迅速增长，而电动汽车电力电子市场的增长速度将更快。为了解决消费者对纯电动汽车（BEV）与内燃机相比的里程焦虑，汽车原始设备制造商正在寻找增加续航、加快充电速度的方法。除了电池和电机技术，宽禁带（WBG）半导体、SiC和GaN都有望为电动汽车动力系统带来革命性变化，以800V架构和显著的效率提升取代现有的Si IGBT和MOSFET。

电动汽车应用的电力电子器件

本报告分析了WBG技术的增长潜力和未来趋势，包括从SiC MOSFET的快速发展到GaN在电动汽车电力电子市场的巨大潜力等。本报告按电压（600V、1200V）和半导体技术（Si、SiC、GaN）对逆变器、OBC和DC-DC转换器的销售量、功率（GW）和市场规模（美元）进行了详细预测。

IDTechEx预测，2033年电动汽车电力电子市场将以两位数的复合年增长率（CAGR）增长至2023年的5倍。

SiC供应链

从原材料到晶圆，到加工技术，再到器件封装，SiC已经形成了一条成熟的供应链。但这并不意味着SiC供应链已经没有发展空间。SiC晶圆供应一直由美国厂商主导，原始设备制造商正在寻求多方采购SiC，以保证供应和成本。从6英寸到8英寸SiC晶圆的过渡将显著提高产能，这对汽车行业至关重要。此外，欧洲和亚洲的厂商正在扩大晶圆业务，推动SiC供应链的全球化。

SiC MOSFET尽管价格在过去5年中大幅下降，但相比Si IGBT仍然昂贵。这主要源于基础设施要求、SiC晶圆价格以及耗能加工步骤等原因。IDTechEx对在电动汽车中采用SiC MOSFET进行了成本分析，研究了其在设备和车辆层面的影响。整个供应链都在开展合作，例如：原始设备制造商正在借用其它厂商的电动车平台；器件制造商正在研究提高良率的创新方法；供应商则在收购其它公司以进行垂直整合，加强供应链控制；原始设备制造商正在与汽车半导体供应商合作，以最大限度地利用其动力系统。

SiC MOSFET在电动汽车市场的应用

20年来，Si IGBT一直是牵引逆变器的唯一选择。事实证明，它们在中高功率水平逆变器中是可靠的。然而，目前这一代电动汽车正在向SiC MOSFET过渡，而且市场份额还将继续增长，据IDTechEx预测，到2035年，SiC MOSFET将成为电动汽车逆变器市场的主力军。与Si IGBT相比，SiC MOSFET具有很多理想特性，包括高温工作、更好的导热性、更快的开关速度等，可将电动汽车的续航能力提高7%，此外还能提供更小的芯片和通用的外形尺寸，从而降低了重量和体积。过去10年来，随着SiC MOSFET技术的发展，从封装到沟槽技术都有了巨大的进步，从而解决了供应链、热管理和可靠性方面的很多问题。

SiC MOSFET将继续蚕食市场份额，1200V MOSFET支持800V架构。

OBC和DC-DC转换器的工作功率比逆变器低一个数量级，但SiC MOSFET的优势依然存在：功率密度更高、损耗更小、续航时间略有增加。此外，在OBC中使用SiC可加快充电速度，在DC-DC转换器中则能更有效地将电能传输到低压电池，从而减少电动汽车中辅助耗电设备（信息娱乐系统、热泵、前大灯）的浪费。这推动了SiC MOSFET在OBC和DC-DC转换器中的应用，IDTechEx预测，由于功率和电压要求较低，OBC和DC-DC转换器转向GaN的时间将略早于逆变器。

2022~2035年逆变器、OBC、DC-DC转换器市场预测（样刊模糊化）

面向汽车应用的GaN技术

GaN HEMT和FET在汽车半导体市场扮演着重要角色。其角色取决于挖掘材料潜力的某些必要开发，以相比SiC更高效地转换功率。目前，市场上大多数GaN器件的电压仅限于650V，而且是横向结构。要最大限度地发挥车用GaN的潜力，就必须采取措施，使其在更高电压下也能发挥作用，尤其是当800V架构在主流电动汽车领域获得更多市场份额时。无论是通过工程技术改进还是在器件层面，IDTechEx分析了GaN如何在汽车行业实现其潜力。本报告研究了硅基GaN器件的替代方案，并对相关厂商进行了分析。

宽禁带器件应用概览

电力电子创新

在器件层面不断改进的同时，原始设备制造商和Tier 1供应商还专注于提高电动汽车的性能。主要考量因素包括缩小布线尺寸、降低被动元件成本以及最高效的冷却方法。电力电子器件与动力总成的集成，是电动汽车的一个关键增长领域，其目标是在最大限度降低成本的同时实现最高性能。IDTechEx对该领域现有的市场解决方案和有源元件进行了研究。器件的集成度差异很大，从机械集成到电子集成，甚至有可能将所有电力电子器件整合到一个单元中。

近两年中国发布的800V架构车型

本报告提供了以下重要信息：

- 深入了解电动汽车电力电子技术的发展：逆变器、OBC和DC-DC转换器

- 宽禁带（WBG）半导体GaN和SiC的应用

- 供应链研究（SiC MOSFET和SiC IGBT）

- 深入分析800V架构和电力电子器件的集成

- 未来10年期细分市场预测

若需要《电动汽车电力电子技术及市场-2024版》报告样刊，请联系麦姆斯咨询王懿，邮箱：wangyi#memsconsulting.com（#换成@）；电话：17898818163。