Le pile di ricarica ad alta tensione risolvono il problema della velocità di ricarica + ansia da chilometraggio. Si stima che la domanda di SiC nel 2025 sarà di circa 330.000 pezzi

I metodi di ricarica delle pile di ricarica sono principalmente suddivisi in ricarica CA e ricarica CC. (1) L'essenza della pila di ricarica CA è una presa con controllo, che comprende principalmente amperometro CA, scheda di controllo, schermo, manopola di arresto di emergenza, contattore CA, cavo di ricarica e altre strutture. La rettifica del trasformatore difficilmente coinvolge dispositivi di potenza. (2) La struttura delle pile di ricarica CC è più complessa e comprende moduli di ricarica, controller principali, moduli di rilevamento dell'isolamento, moduli di comunicazione, relè principali e altre parti. Tra questi, i moduli di ricarica, noti anche come moduli di potenza, sono componenti fondamentali con soglie tecniche nel settore delle pile di ricarica, che rappresentano circa il 50% del costo totale delle pile di ricarica. Attualmente, i consumatori sono più interessati alla modalità di ricarica rapida CC, ma le pile di ricarica nella modalità di ricarica rapida CC richiedono una potenza di carica molto elevata e un'efficienza di carica molto elevata, che devono essere realizzate tramite l'alta tensione.

Il modulo di ricarica è il componente principale della pila di ricarica CC. Una pila di ricarica viene solitamente formata collegando più moduli di ricarica in parallelo. Ad esempio, una pila di ricarica da 120 kW può essere composta da otto moduli di ricarica da 15 kW o quattro moduli di ricarica da 30 kW. Maggiore è la potenza in uscita di un singolo modulo di ricarica, maggiore è la densità di potenza, che può ottimizzare efficacemente lo spazio nella pila. I componenti del modulo di ricarica includono dispositivi di potenza a semiconduttore, circuiti integrati, componenti magnetici, PCB, condensatori, ventole del telaio, ecc. Tra questi, il costo dei dispositivi di potenza a semiconduttore rappresenta circa il 30% del costo totale del modulo di ricarica, che è un componente chiave del modulo di ricarica e di un dispositivo elettronico. Il nucleo della conversione di potenza e del controllo dei circuiti in Cina.

La parte principale in cui il SiC viene attualmente applicato alle pile di ricarica è il dispositivo di alimentazione nel modulo di ricarica, in particolare il convertitore CA/CC e il convertitore CC-CC. Secondo i dati Wolfspeed, un modulo di ricarica da 25 kW necessita di circa 16-20 tubi singoli MOSFET al carburo di silicio da 1200 V. I principali moduli di ricarica da 15 kW sul mercato utilizzano generalmente 4 o 8 MOSFET al carburo di silicio e il numero specifico dipende dal valore della resistenza on e dalla corrente di uscita del dispositivo selezionato. Un problema urgente da risolvere nel settore dei veicoli a nuova energia è “l’ansia da chilometraggio”. Per aumentare la velocità di ricarica, è necessario aumentare la potenza di uscita della pila di ricarica e aumentare la tensione o la corrente di ricarica. Secondo i dati Wolfspeed, le attuali pile di ricarica rapida commerciali nel mio paese hanno una potenza di 100-150 kW e un veicolo elettrico impiega 40-27 minuti per caricare un chilometraggio di 400 km. Se la pila di ricarica adotta un sistema di ricarica rapida ad alta potenza da 350 kW, il tempo di ricarica richiesto per un chilometraggio di 400 km può essere notevolmente ridotto a 12-15 minuti. L'aumento della potenza di carica può essere ottenuto aumentando la corrente o la tensione. Tuttavia, se la potenza di carica viene aumentata aumentando la corrente, si causeranno molti problemi. Pertanto, aumentare la tensione per ottenere una ricarica rapida ad alta potenza è diventata la scelta migliore del settore.

Per aumentare la velocità di ricarica dei veicoli elettrici e alleviare l’ansia da chilometraggio, sempre più OEM stanno implementando piattaforme ad alta tensione da 800 V. Il sistema ad alta tensione da 800 V si riferisce solitamente al sistema il cui intervallo di tensione del sistema elettrico ad alta tensione dell'intero veicolo raggiunge 550-930 V, collettivamente denominato sistema da 800 V. Porsche Taycan è il primo modello di piattaforma ad alta tensione da 800 V prodotto in serie al mondo e ha aumentato la potenza di ricarica massima a 350 kW. Inoltre, Audi e-tronGT, Hyundai Ioniq5 e Kia EV6 utilizzano tutte la piattaforma ad alta tensione da 800 V. Allo stesso tempo, anche le case automobilistiche nazionali si stanno muovendo verso la piattaforma ad alta tensione da 800 V. Nel 2021, BYD, Geely, Jihu, GAC, Xiaopeng, ecc. rilasceranno successivamente modelli dotati di piattaforme da 800 V.

Per le pile di ricarica rapida CC, l’aggiornamento della tensione di carica a 800 V aumenterà notevolmente la domanda di dispositivi di alimentazione SiC nelle pile di ricarica. Il motivo è che l'uso di moduli SiC può aumentare la potenza del modulo di ricarica a oltre 60 kW, mentre il design del singolo tubo MOSFET/IGBT è ancora al livello di 15-30 kW. Allo stesso tempo, rispetto ai dispositivi di potenza basati su silicio, i dispositivi di potenza SiC possono ridurre notevolmente il numero di moduli. Pertanto, il vantaggio delle dimensioni ridotte del SiC presenta vantaggi unici negli scenari applicativi delle stazioni di ricarica urbane ad alta potenza e delle pile di ricarica. Con l’aumento della domanda di sovralimentazione e ricarica rapida, i moduli SiC completi hanno iniziato ad essere ampiamente utilizzati nelle pile di ricarica. Secondo i parametri dei siti Web ufficiali di varie aziende, la maggior parte delle pile di ricarica ad alte prestazioni con architettura da 800 V utilizza moduli SiC completi. Al momento, il tasso di penetrazione del SiC nelle pile di ricarica non è elevato. Prendendo come esempio le pile di ricarica CC, secondo i calcoli CASA, il tasso medio di penetrazione dei dispositivi di alimentazione SiC nelle pile di ricarica dei veicoli elettrici ha raggiunto solo il 10% nel 2018. Tuttavia, con l’avvento dell’era della tensione a 800 V, il tasso di penetrazione del SiC aumenterà continuare a salire. La China Charging Alliance prevede che entro il 2025 il tasso di penetrazione del SiC nel settore cinese delle pile di ricarica raggiungerà il 35%.