По данным Министерства энергетики США, на систему электропривода приходится примерно 18% общих потерь энергии в электромобилях. Это напрямую ставит силовую электронику в центр оптимизации эффективности, поскольку именно она в конечном итоге определяет эффективность работы системы электропривода. Даже незначительное повышение эффективности переоборудования может непосредственно привести к ощутимому увеличению дальности полета, термостойкости и общей экономичности автомобиля.

Отрасль силовой электроники претерпевает серьезные изменения, адаптируясь к меняющимся требованиям рынка электромобилей. По прогнозам, к 2031 году объем рынка силовой электроники для электромобилей увеличится более чем в два раза и превысит рыночную стоимость в 66 миллиардов долларов.

Теперь возникает вопрос: что движет этим расширением? Это, безусловно, обусловлено растущим внедрением электромобилей, а также резким увеличением доли силовой электроники в каждом транспортном средстве. В то время как рост объемов производства обеспечивает базовый спрос, ускорению производства способствуют изменения в архитектуре транспортных средств, платформы с более высоким напряжением, политическая поддержка и достижения в области полупроводниковых технологий.

По прогнозам Международного энергетического агентства, мировой парк электромобилей превысит отметку в 240 миллионов единиц, увеличившись к 2030 году в восемь и более раз по сравнению с 2022 годом (за исключением 2-х и 3-х колесных транспортных средств) (IEA.org). Та же организация также прогнозирует, что к 2030 году продажи электромобилей по всему миру превысят 40 миллионов штук.

Этот всплеск напрямую отражается на пропорциональном спросе на силовые электронные компоненты, поскольку каждый электромобиль объединяет в себе множество систем, таких как инверторы, встроенные зарядные устройства и преобразователи постоянного тока в постоянный.

Не меньшее влияние оказывают потребительские факторы: ожидания в отношении дальности действия резко возросли, что делает повышение эффективности силовой электроники прямым рычагом для улучшения дальности действия. За последнее десятилетие средний запас хода электромобиля на аккумуляторных батареях (BEV) увеличился с ~135 км в 2014 году до почти 455 км в 2024 году. Это требует дальнейшего совершенствования эффективности инверторов и стратегий управления.

Возьмем, к примеру, Nissan Leaf. Самый производительный вариант 2014 года (Leaf S) обеспечил запас хода в ~135,2 км, в то время как последний вариант 2026 года (Leaf Platinum+) теперь достигает ~416,8 км. Это увеличение в 3 раза связано не только с увеличением емкости аккумуляторов, но и с изменениями в силовой электронике, особенно с переходом от систем на основе кремния к SiC.

Все более широкое распространение двухмоторных конфигураций (2 инвертора), для каждой из которых требуется отдельный инвертор, расширяет роль силовой электроники, особенно в сегментах электромобилей премиум-класса и высокопроизводительных электромобилей, где контроль крутящего момента и оптимизация трансмиссии имеют решающее значение.

В моделях электромобилей, таких как Tesla Model S, Mercedes-Benz EQE/EQS, Kia EV6, Audi e-tron, BMW iX, Volvo XC40/C40 Recharge и т.д., используются два двигателя, каждый из которых подключен к специальному инвертору, что позволяет точно регулировать крутящий момент и оптимизировать нагрузку в режиме реального времени.

В 2025 году на долю конфигураций с двумя инверторами приходилось почти 60% всех систем силовой электроники электромобилей, что отражает явное стремление отрасли к сбалансированной производительности и экономичности. Обеспечивая независимое управление передним и задним двигателями, эта установка улучшает тягу и распределение крутящего момента в режиме реального времени, что делает ее универсальной архитектурой как для электромобилей премиум-класса, так и для электромобилей среднего класса без существенного усложнения системы.

Гибридные электромобили (ГЭМ) широко распространены и быстро внедряются на развитых автомобильных рынках. Благодаря своим масштабам они остаются наиболее востребованными в области силовой электроники на сегодняшний день. Их архитектура с двумя силовыми агрегатами, сочетающая двигатели внутреннего сгорания и электрическую тягу, требует непрерывного управления перетоками энергии между источниками, что увеличивает зависимость от инверторов и преобразователей постоянного тока в постоянный.

Даже при использовании относительно небольших аккумуляторных батарей, обычно емкостью 1-8 кВт*ч, гибриды требуют высокочастотного переключения и точных систем управления для эффективного управления энергопотреблением.

В 2025 году HEVS продолжали лидировать в этом секторе, вложив на рынок силовой электроники более 17 миллиардов долларов. Однако в 2026 году ожидается значительный сдвиг. По нашим оценкам, начиная с 2026 года BEV обогонят HEV по рыночной стоимости.

Этот переход обусловлен более глубокой интеграцией и повышением сложности силовой электроники, необходимой для чисто электрических платформ, что делает спрос, связанный с BEV, основным фактором, определяющим развитие отрасли.

Подумайте об этом так: по мере совершенствования аккумуляторов, снижения цен и стремления правительств к нулевому уровню выбросов полностью электрические автомобили (BEV) станут популярным выбором во всем мире, особенно в Европе и Азии. Из-за этого автопроизводителям придется бороться за высококачественную высоковольтную силовую электронику, чтобы не отставать от спроса.

Новые системы материалов и подходы к проектированию оказывают существенное влияние на силовую электронику электромобилей, смещая акцент с постепенного повышения эффективности на оптимизацию на системном уровне с точки зрения размеров, веса, терморегулирования и эффективности преобразования энергии.

Заметной тенденцией является быстрое внедрение карбида кремния (SiC) в электронные системы питания электромобилей. Основываясь на предыдущем примере, Nissan Ariya демонстрирует этот сдвиг в отрасли, наряду с переходом многих производителей оборудования с инверторов на основе кремния на системы SiC, что обусловлено необходимостью повышения эффективности и снижения системных потерь. Устройства SiC обеспечивают до 50% меньших потерь при переключении и проводимости в определенных областях применения, а инверторы, изготовленные с использованием SiC, весят до 40% легче и на 30% меньше по размеру.

Еще в 2018 году Tesla. при выпуске Model 3 в инверторе собственного производства использовались полупроводниковые МОП-транзисторы SiC, поставляемые компанией STMicroelectronics. Этот переход позволил сделать инвертор значительно легче – около 4,8 кг, что составляет менее половины веса аналогичных систем на основе кремния, таких как Nissan Leaf (~12 кг) и Jaguar I-PACE (>8 кг), что подчеркивает влияние SiC на удельную мощность и эффективность системы.

Audi даже обнаружила, что эта технология, особенно в сочетании с системами 800 В, может повысить эффективность на 60% при обычном вождении и увеличить запас хода примерно на 20 км только за счет снижения тепловыделения и веса. Эта тенденция также набирает обороты в высокопроизводительных моделях Kia, Hyundai и Lucid, предлагающих действительно быструю зарядку и увеличенный радиус действия.

Чтобы реализовать потенциал электромобилей за счет увеличения функциональности в заданном объеме, производители оборудования быстро переходят на интегрированные приводные устройства (IDU), которые объединяют электродвигатель, трансмиссию и инвертор в одном компактном корпусе.

Еще одним инновационным применением силовой электроники в настоящее время является беспроводная зарядка электромобилей. Используя резонансную индуктивную связь, принцип, основанный на законе индукции Фарадея, энергия может передаваться по беспроводной сети от зарядной площадки на земле к приемнику в автомобиле. Силовая электроника играет важную роль в настройке резонанса между передатчиком и приемником и управлении передачей энергии. Эта технология обеспечивает удобство зарядки без использования кабеля и может быть внедрена в общественную инфраструктуру для бесперебойной зарядки во время стоянки автомобиля или даже во время движения.

По мере того как мы приближаемся к прогнозируемому объему рынка электрической силовой электроники в 66 миллиардов долларов к 2031 году, мы становимся свидетелями фундаментального сдвига в управлении энергией.

Стремление к быстрой зарядке и высокотехнологичным функциям приводит к тому, что силовая электроника выходит за рамки двигателя и внедряется в каждую часть энергетической системы автомобиля. Появление электромобилей на рынке - это не что иное, как явный сдвиг в сторону интегрированных высоковольтных систем, которые делают силовую электронику основой производительности автомобилей и масштабов производства.

По прогнозам, в ближайшие несколько лет удельный вес энергии электромобильных аккумуляторов значительно возрастет, а технологии следующего поколения, такие как твердотельные аккумуляторы (SSB), к 2026-2030 годам позволят удвоить текущие уровни энергопотребления до более чем 400-600 Втч/кг, обеспечивая больший радиус действия и более быстрое время зарядки. Поскольку в ближайшие годы ожидается удвоение удельной мощности, "подсобное помещение" электропривода выходит на первый план.

Все это кажется очевидным, но на этом пути не обошлось без ухабов. В настоящее время отрасль сталкивается со сложным "обоюдоострым мечом", вызванным глобальной нестабильностью.

Геополитические препятствия, такие как российско-украинские отношения, серьезно сократили поставки никеля – основного компонента для высокопроизводительных аккумуляторов, и газообразного неона, который необходим для лазеров, используемых для изготовления полупроводников, на которые опирается силовая электроника.

Во-вторых, напряженность на Ближнем Востоке в Красном море и Ормузском проливе привела к резкому росту стоимости морских перевозок.

Цены на нефть, превышающие 100 долларов за баррель, на самом деле улучшают экономическое положение электромобилей. Однако текущее изменение маршрута движения судов привело к увеличению транзитного времени на 10-15 дней, что значительно расширило сроки доставки критически важных аккумуляторов и компонентов. Эти задержки между Азией и Европой негативно сказываются на производственных моделях ”точно в срок" (JIT) во всей отрасли".

Несмотря на эти трудности, несомненно, что темпы электрификации автомобилей в ближайшее время не замедлятся. Автопроизводители берут все под свой контроль, сосредоточившись на локализации производства и переходя на передовые материалы, такие как SiC и GaN. Благодаря более тесной интеграции таких систем, как инверторы и зарядные устройства, цель сместилась с простого "увеличения производства" на "более эффективное управление энергией’.

Этот шаг не только увеличивает ассортимент электромобилей, но и создает гораздо более прочную и устойчивую экосистему, которая может поддержать тенденцию к электрификации. А это, в свою очередь, выводит всю индустрию силовой электроники на совершенно новый уровень.

Автор: Чандана Патнаик - старший специалист по контенту в Stratview Research