Elektrische Fahrzeuge sind die Zukunft, da der Druck, zu einer Dekarbonisierung zu gelangen, in der Automobilindustrie immer stärker wird. Das spiegelt sich in den aktuellen Verkaufszahlen für Elektrofahrzeuge wider, die seit etwa 2020 gekennzeichnet sind durch exponentielles Wachstum im Jahresvergleich, was auf einen Übergang von einer Technologie für Frühanwender zu einer Mainstream-Technologie hinweist. IDTechEx prognostiziert als Folge eine jährliche Wachstumsrate von 15% auf dem Markt für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge im nächsten Jahrzehnt.
Halbleiterkomponenten in Elektrofahrzeugen
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Halbleiter-Technologien haben sich in Verbrennungsmotoren-Elektrofahrzeugen verfestigt, mit Mikrocontrollern, die die mechanischen, explosionsartigen Bewegungen koordinieren und in einer Weise einsetzen, dass möglichst viele Kilometer mit jedem Tropfen des Brennstoffs zurückgelegt werden können. Die Verwaltung des Stromflusses zum und vom Akku in einem Elektrofahrzeug erfordert jedoch eine wesentlich umfangreichere Halbleiter-Verwaltung in Form von Leistungselektronik. Silizium- (Si-) und Siliziumkarbid- (SiC-)Geräte, die für Bordladegeräte, Inverter und Gleichspannungswandler verwendet werden, spielen eine Schlüsselrolle bei der Betriebsweise von Elektrofahrzeugen und machen einen bedeutenden Teil des Halbleiterwerts im Fahrzeug aus.
Große Stromleistungselektronikkomponenten wie der Inverter machen einen erheblichen Teil des Werts aus, der für den Bau eines Elektrofahrzeugs erforderlich ist. Aber der Bericht „Semiconductors for Autonomous and Electric Vehicles 2023-2033“ von IDTechEx geht bis auf die Ebene einzelner Chips und Wafer herunter. Aus dieser Perspektive wird das Batteriemanagementsystem (BMS) zu einem erstaunlich großen Beitrag für die Silizium-Nachfrage bei Elektrofahrzeugen. Im Batteriemanagementsystem gibt es zwei Haupttypen von Chips, einen Master-Controller, der die große Entscheidung trifft, und viele integrierte Schaltungen für die Batterieüberwachung und das Ausbalancieren (BMB ICs), die sich um Zellgruppen kümmern. Diese BMB ICs sammeln Informationen von Voltmetern, Thermometern und anderen Sensoren im Pack und senden diese Informationen an den Hauptcontroller, der entsprechend handeln kann, indem er beispielsweise den Kühler einschaltet, wenn die Batterie zu warm wird. Das Problem ist, dass diese Zellen in der Regel jeweils 10-20 Zellen überwachen, und diejenigen, die mit Elektroautos vertraut sind, werden wissen, dass einige Tausende von Zellen haben können: Das Ergebnis sind viele BMB ICs im gesamten Pack. IDTechExs Forschungsergebnisse zeigen, dass das Batteriemanagementsystem ungefähr ein Drittel der Silizium-Nachfrage ausmacht, das für die Herstellung von Elektroantrieben verwendet wird.
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In der schnelllebigen Welt der Halbleitertechnologien steht jedoch nichts still, und das BMS ist auch nicht immun gegen Halbleiter-Trends. Wie oben erwähnt, können BMB-ICs zwischen zehn und 20 Zellen im Pack überwachen, aber diese Zahl nimmt zu. Dies ist wahrscheinlich auf den allmählichen Übergang zu fortschrittlicheren Silizium-Prozessen zurückzuführen, die leistungsstärkere und leistungsfähigere Chips liefern. Die Auswirkung davon ist eine Reduzierung der Chips, die im gesamten Batteriepack benötigt werden. Dies wird verstärkt durch Trends, die auf eine geringere Anzahl von Zellen pro Fahrzeug hindeuten, die durch wachsende Zellkapazitäten ermöglicht wird.
Elektrifizierung sowie Automatisierung sind epochale Veränderungen für die Automobilindustrie und bringen neue und schnell entwickelnde Halbleitermärkte mit sich. Obwohl sich dieser Artikel hauptsächlich auf
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