Nei prossimi 10 anni, la necessità di elettronica di potenza per veicoli elettrici (EV) aumenterà enormemente. Questo è particolarmente vero perché il mercato delle auto BEV sta crescendo così rapidamente, con IDTechEx che prevede un CAGR del 15% a livello mondiale. In tutto il mondo, la capacità media ponderata delle batterie dei BEV sta aumentando, mettendo a dura prova le catene di fornitura delle batterie e causando incertezze. Di conseguenza, la progettazione dei motopropulsori deve privilegiare l’efficienza del ciclo di guida, il che significa che l’elettronica di potenza ad alta tensione e a largo bandgap (WBG), come i dispositivi di potenza SiC, è ora necessaria. Un’analisi approfondita dell’elettronica di potenza per veicoli elettrici è contenuta nel nuovo rapporto IDTechEx “Power Electronics for Electric Vehicles 2023-2033”, che offre anche approfondimenti tecnologici sull’evoluzione dei materiali dei semiconduttori e dei package, tra cui i dispositivi di potenza Si, GaN e SiC, i materiali per il die-attach, il wire bonding, la gestione termica e altro ancora. Per quanto riguarda gli inverter, i caricabatterie di bordo (OBC) e i convertitori DC-DC segmentati per tensione (600V, 1200V), IDTechEx fornisce stime dettagliate che includono le vendite unitarie, il GW e la domanda in dollari (Si, SiC, GaN). SiC e GaN sono i materiali WBG di ultima generazione, che hanno sostituito gli IGBT in Si, che hanno dominato la gamma di dispositivi di media e alta potenza per 20 anni, anche nell’elettronica di potenza dei veicoli elettrici. Poiché i moduli ad alta tensione e ad alta densità di potenza che funzionano a temperature più elevate diventano la norma, questo influenzerà in modo fondamentale la progettazione dei nuovi dispositivi di potenza, in particolare i materiali utilizzati per i package.

L’aumento dell’efficienza del ciclo motore e i livelli di potenza più elevati della ricarica rapida in corrente continua (DCFC), come i 350kW, sono i due fattori principali che determinano la transizione da 350-400V a 800V e oltre. A causa della scarsa disponibilità rispetto ai caricabatterie a corrente alternata e dei costi elevati associati all’infrastruttura a 800V, la compatibilità della DCFC è attualmente un driver piuttosto debole. Infatti, secondo la ricerca IDTechEx “Charging Infrastructure for Electric Vehicles and Fleets 2022-2032”, nel 2022 ci saranno circa 3 milioni di installazioni di ricarica in corrente alternata, contro 50.000 DCFC superiori a 100kW. Il passaggio a 800V non è necessariamente determinato dall’aumento dei livelli di DCFC, nonostante sia più ideale. Tesla ne è un buon esempio, con l’installazione di supercaricatori da 250kW pur rimanendo sulla sua piattaforma da 350V. L’argomento degli 800 V è più forte in termini di efficienza. Di conseguenza, le perdite di joule possono essere ridotte al minimo e i cablaggi ad alta tensione possono essere più piccoli. Spesso si ottengono guadagni di efficienza del 5-10% se combinati con i MOSFET SiC, che possono consentire il ridimensionamento della costosa batteria, il risparmio sui costi o l’aumento dell’autonomia del veicolo, dandogli un vantaggio competitivo.