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宽禁带功率器件在电动汽车中全面普及,只差临门一脚

发布日期:2022-07-21 来源: 电子工程专辑作者:网络
 
曾经有人形容,智能汽车是带着轮子的智能手机,而要将自动驾驶等先进功能发挥到极致,还得看电动汽车。电子硬件层面,电动汽车整车的相关价值量将大幅提升,中国汽车工业协会数据显示,预计2022年,我国传统燃油汽车的汽车芯片使用数量为每辆车934颗,电动汽车平均芯片数量将高达1459颗。

电动汽车BOM成本中,现阶段汽车电子(含电控电驱)合计占比20%,除电池以外最大。预计未来内燃机相关系统和元器件将不断缩减,而三电(电池、电驱、电控)的引入则快速推升汽车半导体用量,汽车电子占整车成本比重可达50%,纯电动车单车的半导体总价值量相比传统汽车有望提升70%以上。

汽车半导体大致可以分为负责算力的处理器和控制器芯片、负责功率转换的功率半导体以及各种传感器。其中功率半导体是汽车半导体的最主要构成,大约占汽车半导体市场的43%,主要包括电源管理芯片(PMIC)、LDO、DC/DC、MOSFET、IGBT以及各类二极管(如Fast Recovery,Schottky,High Voltage等)。
功率半导体成本在汽车电控系统的占比,从传统汽车的10%提升至纯电动汽车的55%,提升幅度达9倍。举例来说,一辆混合动力新能源汽车所使用的半导体器件价值约710美元,功率半导体器件占比近一半;一辆纯电动汽车所使用的半导体器件价值约1400美元,功率半导体器件占比55%。
面对即将到来的电动汽车市场大爆发,传统硅基功率器件受材料本身特性的限制,已经逐渐不能满足电动汽车对器件高功率及高频性能的需求,但宽禁带半导体材料具有高频、高功率、耐高温、抗高辐射、光电性能优异等特点。尤其是用于电机驱动逆变器、快充系统和氢燃料电池把气体转化成电能时,碳化硅(SiC)等宽禁带半导体器件与传统硅器件相比可以实现低导通电阻、高速开关和耐高温高压工作,近年来倍受欢迎。

2018年,随着特斯拉在其Model 3车型的主驱逆变器中采用了意法半导体(STMicroelectronics)和英飞凌(Infineon)的碳化硅器件,示范效应被迅速放大。2020年国产比亚迪新能源汽车“汉”的电机控制器中也开始应用碳化硅MOSFET模块,成为国内首家“吃螃蟹”的车企。

如今新能源汽车市场已成为宽禁带功率器件市场兴奋的源泉,被认为是重塑碳化硅和氮化镓(GaN)等新型功率半导体的关键。据多家研究机构预测,全球碳化硅功率市场规模将从2020年的6.8亿美元增长至2025年的33.9亿美元,或在2025年占据62%市场份额。到2025年,用于电动汽车的碳化硅功率半导体将占总市场的37%以上,高于2021年的25%。全球氮化镓功率市场规模预计将从2020年的4800万美元增长到2025年的13.2亿美元,CAGR达94%。
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