Los vehículos eléctricos de 800 V se cargan a la corriente principal utilizando SiC Power Electronics
La demanda de electrónica de potencia para vehículos eléctricos (EV) aumentará drásticamente en los próximos diez años, impulsada principalmente por el rápido crecimiento en el mercado de automóviles BEV, donde IDTechEx predice una CAGR del 15 % a nivel mundial durante la próxima década. Actualmente, la capacidad de batería promedio ponderada de los automóviles BEV está aumentando en todas las regiones, lo que aumenta la presión sobre las cadenas de suministro de baterías y crea incertidumbre. El resultado es que la eficiencia del ciclo de manejo debe ocupar un lugar destacado en el diseño del tren motriz, lo que significa que ha llegado el momento de la electrónica de potencia de banda prohibida ancha (WBG) de alto voltaje.
El nuevo informe de IDTechEx " Electrónica de potencia para vehículos eléctricos 2023-2033 " proporciona una inmersión profunda en la electrónica de potencia EV con conocimientos tecnológicos sobre la evolución de los materiales de semiconductores y paquetes, incluidos los semiconductores Si, SiC y GaN, los materiales de unión de matriz, la unión de cables, gestión térmica, y más. IDTechEx presenta pronósticos granulares que detallan las ventas de unidades, GW y la demanda en dólares estadounidenses de inversores, cargadores a bordo (OBC) y convertidores CC-CC segmentados por voltaje (600 V, 1200 V) y tipo de semiconductor (Si, SiC, GaN).
Si bien los IGBT de Si han dominado la gama de dispositivos de potencia media a alta durante 20 años, incluso en la electrónica de potencia EV, están dando paso a una nueva generación de materiales WBG: SiC y GaN. Esto tendrá un impacto fundamental en el diseño de nuevos dispositivos de potencia, incluidos los materiales del paquete, ya que los módulos de alto voltaje y alta densidad de potencia que funcionan a temperaturas más altas se convierten en la tendencia.
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Los dos impulsores que se citan a menudo para pasar de 350-400 V a 800 V
y más son niveles de potencia más altos de carga rápida de CC (DCFC),
por ejemplo, 350 kW, y ganancias de eficiencia del ciclo de conducción.
Actualmente, la compatibilidad con DCFC es un factor relativamente débil
debido a la baja disponibilidad en comparación con los cargadores de CA
y los altos costos asociados con la infraestructura de 800 V. De hecho,
el informe de IDTechEx " Infraestructura de carga para vehículos eléctricos y flotas 2022-2032
" estima que se realizaron alrededor de 3 millones de instalaciones de
carga de CA en 2022, en comparación con ~50,000 DCFC de más de 100kW.
Además, los niveles más altos de DCFC no necesariamente impulsan una
transición a 800 V, aunque es más óptimo. Tesla es un buen ejemplo, ya
que implementó supercargadores de 250kW sin moverse más allá de su
plataforma de 350V.
El argumento de eficiencia para 800V es el
más fuerte. Esto permite reducir las pérdidas de julios y reducir el
tamaño del cableado de alto voltaje. En combinación con los MOSFET de
SiC, generalmente conduce a ganancias de eficiencia del 5 al 10 %, lo
que puede reducir potencialmente el tamaño de la costosa batería,
ahorrar costos o mejorar la autonomía del vehículo, creando una ventaja
competitiva.
Sin embargo, es un momento difícil para la industria
automotriz y la adopción de 800 V experimentó algunos obstáculos en
2022. El Lucid Air, el primer automóvil de producción de 900 V, vendió
alrededor de 7000 unidades en 2022 después de una meta inicial de 20
000. El Taycan de Porsche también fue uno de los modelos más vendidos
del OEM en Europa entre 2020 y 2021, pero las ventas disminuyeron en
2022. Ambos son el resultado de la continua escasez de piezas y los
desafíos de la cadena de suministro, por ejemplo, la escasez de arneses
de cables con la guerra entre Rusia y Ucrania . .
Por otro lado,
Hyundai está demostrando el éxito de las plataformas de 800V. Las ventas
de los modelos de la compañía que utilizan la plataforma E-GMP de 800 V
se duplicaron con creces en Corea del Sur a alrededor de 70 000
unidades/año, impulsadas por la popularidad del IONIQ 5 y Kia EV6. Esto
saca al mercado de automóviles de 800 V del segmento de lujo y lo lleva
predominantemente a los segmentos de automóviles convencionales por
primera vez. Para respaldar el rápido crecimiento, Hyundai está
diversificando sus asociaciones de suministro de SiC, firmando nuevos
acuerdos con Onsemi y STMicroelectronics en 2022 para agregar a las
relaciones existentes con Infineon y Vitesco.
China también está
señalando una transición a vehículos de 800 V, con planes de desarrollo
de los principales fabricantes de equipos originales en 2022, incluidos
BYD, XPeng, Great Wall Motors, GAC y otros. Lo más probable es que estos
vehículos utilicen MOSFET de SiC, lo que permitirá a la industria de
SiC acceder al mercado de vehículos eléctricos más grande del mundo, ya
que China vendió más de 6,5 millones de vehículos eléctricos en 2022.
Si
bien los MOSFET de SiC de 1200 V (adoptados en plataformas de vehículos
de 800 V) desempeñarán un papel clave en la optimización de la
eficiencia del ciclo de manejo, todavía es solo una pieza del
rompecabezas. La eficiencia del ciclo de manejo se puede mejorar en
muchas áreas, desde la química mejorada de la batería hasta la
carrocería solar, la reducción del cable de alto voltaje por vehículo,
600 V SiC, diseño mejorado del motor, etc. La tarea de los fabricantes
de automóviles es trabajar para mejorar constantemente la eficiencia
general del ciclo de manejo para garantizar que el suministro de la
batería no falte.
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