Im Durchschnitt enthalten Autos mit Verbrennungsmotoren Halbleiter im Wert von 350 US-Dollar. Bei Elektro- und Hybrid-Autos verdoppelt sich der Wert des Halbleiter-Contents einer Berechnung der Wirtschaftswoche zufolge auf 700 Dollar. Damit zeigt sich: Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs wirkt wie ein Turbo auf die Halbleiternachfrage. Im Vordergrund stehen dabei Leistungshalbleiter. Von Mild Hybrid bis vollelektrisch – alle diese Konzepte erfordern den massiven Einsatz von Leistungselektronik. Das nicht nur, weil die die Steuerung der Elektromotoren im Antriebsstrang Lösungen auf Halbleiterbasis erfordert, sondern auch weil neue Anwendungsbereiche hinzukommen. Die zunehmend verbreitete 48-Volt-Technik als zweite Spannungsebene neben dem herkömmlichen 12-Volt-Netz hat nur auf den ersten Blick nichts mit Elektromobilität zu tun: Sie dient in erster Linie der Elektrifizierung der Nebenaggregate des Verbrenners, wie Kühl- und Schmiermittelpumpe oder elektrische Verdichter. Damit aber bereitet sie dem dem Hybridantrieb den Weg. Auch Aktuatoren elektronischer Karosseriestabilisierungssysteme und Klimaanlagen laufen auf diesem Spannungslevel – allesamt Aggregate, die auch in vollelektrischen Fahrzeugen zu finden sind.

Ohne Leistungshalbleiter fährt das Elektroauto keinen Meter weit. Diese Module steuern den gesamten Motorstrom und müssen daher für sehr hohe Leistungen ausgelegt sein.

Ohne Leistungshalbleiter fährt das Elektroauto keinen Meter weit. Diese Module steuern den gesamten Motorstrom und müssen daher für sehr hohe Leistungen ausgelegt sein. Infineon

Halbleiter in der E-Mobilität

Ein weiteres Anwendungsgebiet, welches die Elektromobilität (Hybrid ebenso wie vollelektrisch) der Halbleiterbranche beschert, ist das Batteriemanagement: Fahrbatterien bestehen aus dutzenden bis hunderten von Batteriezellen. Um die Energieausbeute, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Zellenanordnungen zu optimieren, sind umfangreiche Batteriemanagementsysteme (BMS) erforderlich, die ebenfalls Leistungstransistoren enthalten. Ein weiteres Einsatzfeld für Leistungshalbleiter in der Elektromobilität stellt die Beleuchtung dar. Schließlich sind so gut wie alle Elektrofahrzeuge aus Gründen der Energieeffizienz und neuer Lichtfunktionen wie Tagfahrlicht und Pixellicht mit Lichttechnik auf LED-Basis bestückt. Und die erfordert nun einmal ausgefeilte Stromregelungen. Last but not least benötigt auch die Ladeinfrastruktur für die Elektrofahrzeuge leistungselektronische Bauelemente. Alles in allem also ein breites Spektrum zusätzlicher Anwendungen für die Hersteller von Leistungshalbleitern. Wie bewerten diese die Marktentwicklung, welche Trends treiben den Markt?

„Die Elektrifizierung kommt jetzt allmählich in der Volumenproduktion an“, konstatiert Hans Adlkofer, der bei Infineon die Systems Group Automobilelektronik leitet. „In Europa betrifft das in erster Line Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge (PHEVs), daneben auch batterie-elektrische Modelle (BEVs). Auch in Asien sind PHEVs gegenwärtig auf dem Vormarsch; dort beobachten wir allerdings unterschiedliche Integrationskonzepte.“

Ladeinfrastruktur vorantreiben

Impulse kommen auch aus dem Bereich Ladeinfrastruktur. Die langen Ladezeiten in der Größenordnung von acht Stunden für das vollständige Aufladen einer Traktionsbatterie über einen herkömmlichen Wechselstromanschluss gelten als eine der wichtigsten Hürden für eine Akzeptanz von Elektrofahrzeugen auf breiter Front. Eine zweite Hürde sind die kurzen Reichweiten. Um die zu erhöhen, sind aber noch höhere Batteriekapazitäten erforderlich – was wiederum die Ladezeiten tendenziell verlängert. „Die Kunden erwarten eine Reichweite von 600 km; die Ladeinfrastruktur wird daher ein zunehmend wichtiges Thema“, kommentiert Adlkofer. Es sei daher damit zu rechnen, dass die Spannungen an den DC-Ladestellen von heute 350 Volt auf 900 bis 1200 Volt steigen werden. Das gleiche gelte auch für die Fahrbatterien. Große OEMs, die sich im Bereich der Elektromobilität positionieren, wie Audi oder Porsche verlangen Ladestellen mit Leistungen bis zu 350 Kilowatt. „Die elektronischen Komponenten dafür haben wir“, erklärt Adlkofer. „Eventuelle Limitierungen sehen wir eher im Bereich der Netzstruktur“. Um die Entwicklung einer standardisierten Ladeinfrastruktur voranzutreiben, ist Infineon kürzlich der Industrieinitiative CharIN (Charging Interface Initiative) beigetreten, der neben wichtigen Fahrzeugherstellern auch Zulieferer und Halbleiterproduzenten angehören.

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