Anwendung von SiC und GaN in Elektrofahrzeugen

SiCMOSFETs sind Transistoren, die eine hohe Leistungsdichte, einen verbesserten Wirkungsgrad und niedrige Ausfallraten bei hohen Temperaturen bieten. Diese Vorteile von SiC-MOSFETs bringen zahlreiche Vorteile für Elektrofahrzeuge (EVs), darunter eine größere Reichweite, schnelleres Laden und möglicherweise kostengünstigere Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs). In den letzten fünf JahrenSiCMOSFETs werden häufig in der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen in Fahrzeugen von OEMs wie Tesla und Hyundai eingesetzt. Tatsächlich machten SiC-Wechselrichter im Jahr 2023 28 % des BEV-Marktes aus.

GaNHEMTs sind eine neuere Technologie, die wahrscheinlich der nächste große Umbruch auf dem Elektrofahrzeugmarkt sein wird. GaN-HEMTs bieten eine überlegene Effizienzleistung, stehen bei der Einführung jedoch noch vor erheblichen Herausforderungen, wie z. B. der ultimativen Belastbarkeit. Es gibt erhebliche Überschneidungen zwischen SiC-MOSFETs und GaN-HEMTs, und beide werden einen Platz auf dem Automobil-Leistungshalbleitermarkt haben.

Da die Anlagen schnell wachsen, wurden Hindernisse für die Leistung, Zuverlässigkeit und Produktionskapazität von SiC-MOSFETs beseitigt und die Kosten sind erheblich gesunken. Obwohl der Durchschnittspreis von SiC-MOSFETs immer noch dreimal so hoch ist wie der von entsprechenden Si-IGBTs, sind sie aufgrund ihrer Eigenschaften bei Herstellern wie Tesla, Hyundai und BYD beliebt. Auch andere Unternehmen haben die künftige Einführung von SiC-MOSFETs angekündigt, darunter Stellantis, Mercedes-Benz und die Renault-Nissan-Mitsubishi Alliance.

SiCMOSFETs haben einen kleineren Formfaktor und können auch die Größe begleitender passiver Komponenten wie Induktivitäten in Traktionswechselrichtern reduzieren. Durch den Ersatz von Si-IGBTs im Wechselrichter durch SiC-MOSFETs können BEVs leichter und effizienter sein und ihre Reichweite kann um etwa 7 % erhöht werden, wodurch die Bedenken der Verbraucher hinsichtlich der Reichweite berücksichtigt werden. Andererseits kann durch den Einsatz von SiC-MOSFETs die gleiche Reichweite mit einer reduzierten Batteriekapazität erreicht werden, was dazu beiträgt, leichtere, kostengünstigere und nachhaltigere Fahrzeuge zu schaffen.

Mit zunehmender Batteriekapazität steigt die Gesamtenergieeinsparung, die durch die Verwendung erzielt wirdSiCAuch MOSFETs nehmen zu. Anfänglich,SiCMOSFETs und größere Batterien waren Elektrofahrzeugen der mittleren bis oberen Preisklasse mit größeren Batterien vorbehalten. Mit neuen Mainstream- und Economy-Fahrzeugen wie dem MG MG4, dem BYD Dolphin und dem Volvo EX30 mit Batteriekapazitäten über 50 kWh sind SiC-MOSFETs in das Mainstream-Pkw-Segment in Europa und China vorgedrungen. Damit einher ging ein Vorsprung der USA, wobei Tesla der erste große OEM war, der SiC-MOSFETs in seinem Model 3 einsetzte. Berichten zufolge wird die Nachfrage nach SiC-MOSFETs zwischen 2023 und 2035 um das Zehnfache steigen, was vor allem auf Folgendes zurückzuführen ist die Einführung von Plattformen mit höherer Effizienz und höherer Spannung für den Einsatz in Wechselrichtern, Bordladegeräten und DC/DC-Wandlern.

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