牵引逆变器需求开始回暖,性能持续提升推动电气化进程

2024-06-08

近日,TrendForce发布了最新的全球电动车逆变器市场数据,数据显示,因受电动车传统淡季影响,2024年第一季全球牵引逆变器装机量为522万套,相较于2023年第四季的714万套,季减27%。

其中,纯电车的牵引逆变器装机量占比为48%,季减5%;而油电混合动力车及插电混合式电动车的牵引逆变器装机量则从47%提高至52%。


里程焦虑仍是电车最大困扰,汽车动力总成设计升级刻不容缓

此前TrendForce集邦咨询全球电动车逆变器市场数据显示2023年第四季度全球电动车逆变器装机量达714万套,并且报告中指出,逆变器市场增长的主要推动力来自纯电动车。纯电动车的逆变器占整体电动车逆变器总装机量约53%,并贡献了超六成的市场规模,2023年第四季电动车逆变器达约44亿美元。

而TrendForce的最新数据很直观地反映了里程焦虑仍然是消费者目前最大的决定因素。绝大多数消费者对电动汽车在续航里程上的“不确定性”顾虑仍然没有消除。纯电车占比不升反降,油电混合动力车及插电混合式电动车补上了空缺。

根据TrendForce另一份统计报告,2024年第一季度全球新能源车(包含纯电动车、插电混合式电动车、氢燃料电池车)共计销售284.2万辆,年增长16.9%,为近三年首次单季年增长低于20%。其中,纯电动车销量为180万辆,年增长4.2%,插电混合式电动车则销售104.1万辆,年增长48.3%。纯电车的需求明显放缓,混合动力型态的电动车凭借其更好的续航表现现阶段更受青睐。

想要延长车辆的续航里程,从电池着手自然是其中一种选择,增加电池尺寸从而增加电池容量以此增强车辆的续航能力是最简单的办法。不过在能效没有提高的情况下,一味增加电池尺寸从而增加电池容量以此增强车辆的续航能力的这种改进是以车辆成本和重量为代价的,这一方法现在已不可取。

提高汽车能源转换效率才是重中之重,汽车动力总成设计中的牵引逆变器的升级变得刻不容缓。不论是油电混合、插电混合式还是纯电车,都需要车载牵引逆变器这一核心器件,它将来自车载高压电池的直流电转换为交流电,提供给控制动力驱动的主电机,对汽车的续航里程、性能和驾驶体验的影响很大。

牵引式逆变器的升级,能够提高功率密度与电机转速,达到更高的效率,最大限度地减少开关损耗,提高热效率,并支持再生制动来为电池充电。牵引逆变器效率的提高是提高动力传动系统能源效率的关键,能效的提高使得车辆有更多可利用的能量来保证续航。

续航里程的改进只是一方面,牵引逆变器的改进,还可以提高功能安全性能、降低成本、改善驾驶体验解决一系列电动汽车市场面临的问题。


半导体技术引领牵引逆变器性能提升

通过改进牵引逆变器设计,更高效地将直流电源转换为交流电源,从而驱动多相电机是非常有必要的。其中安全有效地控制和保护开关管(IGBT/SiC)是核心环节。牵引逆变器的高压功率开关是减小损耗的核心部分。

对于目前用于牵引逆变器的硅基 MOSFET和IGBT,电车配置已经逼近了此类器件的极限。当电压区间再提高,开关频率再提高,硅基MOSFET和IGBT在开关快速切换中的损耗会大大降低效率。

去年第四季装配SiC功率芯片的逆变器已占整体逆变器装机量15%,逆变器高压功率开关向碳化硅的转变正在稳步推进。

不久前,吉利汽车与意法半导体签署了一份长期碳化硅供应协议,加速双方在SiC器件方面的现有合作。意法半导体将为吉利汽车旗下多个品牌的中高端纯电动汽车提供SiC功率器件,帮助吉利提高电动车性能,加快充电速度,延长续航里程,深化新能源汽车转型。

NXP几日前也官宣与ZF Friedrichshafen AG采埃孚合作,为电动汽车开发基于碳化硅的下一代800V平台牵引逆变器解决方案。

从牵引逆变器的电压等级来看,根据TrendForce的最新数据,第一季电动车各电压区间的牵引逆变器装机量由于混动车型的增长,电压小于300V的牵引逆变器装机量占比达36%,季增2%;而纯电车的放缓导致电压大于300V小于550V的装机量占比季减1%,下降至55%,大于550V的装机量占比为9%,与上季持平。

目前市场主流电压区间仍是大于300V小于550V这一区间,在纯电车需求放缓的背景下高压平台车型保证了稳定的需求。随着新能源汽车功率平台提升到600V,再到800V,再到1200V,对功率芯片性能要求不断提升。碳化硅与牵引逆变器的组合市场空间还很大。

功率器件的转变只是一部分,与SiC配套的半导体组件也在牵引逆变器性能提升中发挥着重要作用。比如通过改变SiC栅极驱动器的驱动强度来控制SiC压摆率,实时可变的SiC栅极驱动强度可实现瞬态过冲管理以及整个高压电池能量循环的设计优化,提高牵引逆变器的效率。

SiC电源模块的配置也是改善功率密度的重要一环,对减小导通损耗意义重大,SiC驱动与 SiC电源模块的合理配置将大幅提高系统功率密度。这些设计优化背后,半导体技术正在引领着牵引逆变器性能提升。


牵引逆变器装机量正在回暖,国产供应链崛起

牵引逆变器性能的提升会持续推动装机量的提升,TrendForce也报告中预估纯电车今年第二季度的牵引逆变器装机量可能持平或小幅增长,纯电车型与混动车型将以均分的形式持续推动牵引逆变器装机量。整体来看,第二季牵引逆变器市场将告别淡季,小幅回暖,预估装机量季增约10%至20%。

目前,在牵引逆变器供应上,TrendForce数据显示全球前五大的牵引逆变器Tier 1中已有比亚迪及汇川技术两家中国企业,比亚迪占比14%位居第二,汇川技术占比4%位居第五。华为的市占率已连续三季季增1%,增长强势,目前占比3%,排名第七。此外,国内厂商合计占比为34%。

其中,比亚迪的牵引逆变器属于自研自产产品,在关键的逆变器功率模块上积累深厚,自给自足的策略也让比亚迪在市场竞争中一直保持领先地位。汇川技术近年来也是深耕新能源汽车市场,在中高功率动力总成上持续耕耘。

此外,囊括牵引逆变器、电机在内的多合一电驱也是现在的发展大方向,国内不少Tier 1以电机、牵引逆变器为核心,将OBC、DC/DC、BMS等电控零件全部整合在同一套系统内,降低车重持续提高整车续航力,国产供应链的实力也在发展中不断提升。


小结

在全球大力推动汽车电气化发展的背景下,围绕着减轻电车重量、提高汽车能源转换效率的需求促成了电动汽车动力总成设计的进步。电动汽车动力总成设计中的核心牵引逆变器,在半导体技术的助力下正大力推进着汽车的电气化进程。

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