雖然氮化鎵(GaN)半導體在汽車應用中仍處于早期階段,它正迅速進入更高電壓領域。考慮到其高功率密度和效率,氮化鎵技術正逐漸在汽車工業中獲得吸引力。適用于低壓和高壓應用,它能應用于各種汽車系統。GaN有潛力大幅提高整體效率,我們預計,它會對汽車工業產生顯著影響。
IDTechEx公司的研究人員Luke Gear和James Edmondson在最近的一份關于電動汽車電力電子設備的報告中預測:“未來10年內,EV功率電子設備的需求將激增,主要由電池電動汽車(BEV)市場的快速增長推動,預計在未來十年內,總體復合年增長率為15%。”報告指出,由于寬禁帶(WBG)功率電子設備的高壓時代已經來臨,驅動器的效率必須成為動力總成設計的首要任務。
氮化鎵更有潛力
對于任何新技術,往往會有許多人沒有充分了解。比如,IDTechEx公司的Gear說:“有一個誤解是,人們認為只有碳化硅是適合高壓或功率應用的WBG材料。然而,從理論上講,氮化鎵具有更大的潛力,盡管通常只被視為用于電信或光電子學。事實上,氮化鎵的熱導率是硅的兩倍,幾乎每一個度量都超過了碳化硅,從電子移動性、效率到擊穿電壓和效率,這些對電動汽車來說非常重要。”
氮化鎵在電動汽車中的應用
然而硅并未過時,而GaN和硅碳化物(SiC)也并非未來電力的唯一主角。應用規格將繼續決定所使用的半導體材料,硅的價格和可靠性將繼續適用于從15V到650V的器件。但氮化鎵是硅在低功率應用中唯一可行的WBG替代材料,將會有更多的氮化鎵器件被推出,帶來效率的提升。
在與電動車動力續航無直接聯系的設備,如:電源適配器(OBCs)和DC-DC轉換器,都在低功率1-22kW之間運行。雖然它們在車輛行駛過程中并不直接貢獻動力,但GaN等WBG解決方案可以有效提高總體功率密度和效率,并快速給電池充電。
接下來,車聯網(V2x)所有接口有可能將電動車電力帶給家庭和其他車輛。Navitas的EV設計中心平臺包括一個6.6kW的“三合一”設計,將雙向OBC和DC-DC功能合并,實現了能源節約的17%和功率密度提升1.6倍。
氮化鎵面臨的問題
GaN面臨的主要挑戰包括成本、標準化、供應鏈以及新技術的特性。ST的代表們指出,盡管他們對長期前景感到樂觀,但GaN仍然面臨著廣泛應用于電動汽車的挑戰。ST還指出集成問題和與熱管理和電壓尖峰有關的可靠性等待驗證。
總的來說,設計工程師對這些優點愈發了解,但同時,創建高效可靠的電動車系統面臨的挑戰也不少。然而,關于GaN的理解卻存在許多誤解。
這是WBG技術尤其是電動車領域的公司所堅持的一致信息。雖然可能在產品推出階段還很早,但在規劃,準備和進入這個領域方面卻并不早。如果你想在GaN領域保持相關性,那么最好早做準備。
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