Kommercialisering af 800V for elbiler til at spille en afgørende rolle i OEM'ers vækststrategi

Kommercialisering af 800V for elbiler til at spille en afgørende rolle i OEM'ers vækststrategi

Tidsstempel: 27. april 2023 kl. 5
Kildeknude: 2613233

Nyheder: Microelectronics

27 April 2023

Efterhånden som nye energikøretøjer og batteriteknologi boomer, er opladning og batteribytning i industrikæden blevet svage led for udviklingen af ​​nye energikøretøjer. Upraktisk opladning og kort rækkevidde er blevet ømme punkter, der plager enhver forbruger, der køber elbiler.

I denne sammenhæng har 800V højspændingsopladning til nye energikøretøjer været et søgelys, bemærker '800V High Voltage Platform Research Report, 2023' af Research In China. 2022 var det første år for udviklingen af ​​800V højspændingsplatforme i Kina. Især vil et stort antal 800V højspændingsplatformsmodeller komme til salg i løbet af 2023-2024.

I den nuværende fase står 800V platforme stadig i en situation med "høj torden, men små regndråber". Forsikringsdata viser, at forsikrede køretøjer med 800V-platforme i Kina stadig var færre end 10,000 enheder i 2022. Den lave prisydelse og dårlige ultrahurtige opladningsoplevelse, som 800V-modeller tilbyder, er de største fejl, som forbrugerne kritiserer.

Industriboomet kræver stadig lavere omkostninger til opstrøms materialer og systemer, og den gradvise udrulning af downstream 480kW/500kW ultrahurtige opladningspæle for at dække nøgleanvendelsesscenarier, så 800V-modeller kan trækkes ind i markedseksplosionsknudepunktet, der forventes at komme ind. omkring 2024, ifølge store bilproducenters planer.

Implementering af 800V ultrahurtig opladning:

  • Xpeng: for de ti bedste byer efter ordre til G9, koncentrer dig om at bygge S4 ultrahurtige ladestationer. I 2023 vil S4-stationer blive brugt til at levere energiopfyldning i nøglebyer og langs vigtige motorveje; det anslås, at Xpeng i 2025 udover de nuværende selvbetjente 1000 ladestandere vil bygge yderligere 2000 ultrahurtige ladestandere.
  • GAC: I 2021 introducerede GAC en hurtigopladningsbunke med maksimal ladeeffekt op til 480 kW. Det forudsiges, at der i 2025 vil blive bygget 2000 superladestationer i 300 byer over hele Kina.
  • NIO: I december 2022 frigav NIO officielt en 500kW ultrahurtig opladningsbunke med maksimal strøm på 660A, der understøtter højeffektopladning. Den hurtigste opladningstid for 400V-modeller er kun 20 minutter; for 800V-modeller tager den hurtigste opladning fra 10 % til 80 % 12 minutter.
  • Li Auto: i 2023 har Li Auto påbegyndt konstruktionen af ​​800V højspændingsoverladningspæle i Guangdong, og dets mål er at bygge 3000 superladestationer i 2025.
  • Huawei: I marts 2023 udkom 600 kW supercharge-bunken udelukkende til AITO i Huawei Base i Bantian Street, Shenzhen. Denne opladningsbunke, kaldet FusionCharge DC Supercharging Terminal, vedtager single-pæl single-gun design. Producenten er Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Dens ydre mål er 295 mm (L) x 340 mm (B) x 1700 mm (H), og produktmodellen er DT600L1-CNA1. Ladebunken har et udgangsspændingsområde på 200–1000V, maksimal udgangsstrøm på 600A, maksimal udgangseffekt på 600kW og væskekøling.

På grund af de høje byggeomkostninger for 480kW ultrahurtigladepæle er en ultrahurtigladestation generelt udstyret med kun en eller to 480kW superchargepæle og flere 240kW hurtigopladningspæle og understøtter dynamisk strømfordeling. Samlet set er det ifølge bilproducenternes planer tænkeligt, at ejerskabet af 2027V højspændingsplatformsmodeller i slutningen af ​​800 vil nå op på 3 millioner enheder; antallet af 800V superladestationer vil være 15,000-20,000; antallet af 480/500 kW overladningspæle vil overstige 30,000.

Ud over opladningsbunker forbliver implementeringen af ​​køretøjsteknik i udviklingen af ​​arkitektur fra 400V til 800V også meget kompliceret. Det kræver samtidig introduktion af et helt system, der spænder over halvlederenheder og batterimoduler til elektriske køretøjer, ladebunker og opladningsnetværk, og stiller højere krav til pålidelighed, størrelse og elektrisk ydeevne af stik. Det kræver også teknologiske forbedringer inden for mekanisk, elektrisk og miljømæssig ydeevne.

Tier-1-leverandører kapløb om at afsløre 800V-komponentprodukter. De fleste nye produkter vil være tilgængelige i løbet af 2023-2024

Leadrive Technology: I 2022 gik det første siliciumcarbid (SiC)-baserede `tre-i-en` elektriske drivsystem udviklet i fællesskab af Leadrive Technology og SAIC Volkswagen i prøveproduktion og fik en debut på Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Testet af SAIC Volkswagen kan dette 'tre-i-én'-system udstyret med Leadrive Technologys siliciumcarbid-ECU øge sejlrækkevidden for ID.4X-modellen med mindst 4.5 %. Derudover vil Leadrive og Schaeffler i fællesskab udvikle produkter til elektriske drevsamlinger, herunder en 800V SiC elektrisk aksel.

Vitesco Technologies: Det højintegrerede elektriske drivsystemprodukt EMR4 forventes at blive masseproduceret i Kina og leveret til globale kunder i 2023. EMR4 vil blive affødt på Vitescos fabrik i Tianjin Economic-Technological Development Area og leveret til bilproducenter både inden for og uden for Kina.

BorgWarner: den nye 800V SiC-inverter anvender Vipers patenterede strømmodulteknologi. Anvendelsen af ​​SiC-strømmoduler til 800V-platforme reducerer brugen af ​​halvledere og SiC-materialer. Dette produkt vil blive masseproduceret og installeret på køretøjer mellem 2023 og 2024.

800V er stadig stigende, men kampen om SiC produktionskapacitet er begyndt

I nye 800V-arkitekturer er nøglen til elektrisk drivteknologi brugen af ​​'tredjegenerations' SiC/GaN-halvlederenheder. Mens de bringer tekniske fordele til nye energikøretøjer, udgør teknologiske gentagelser også mange udfordringer for halvledere til biler og hele forsyningskæden. I fremtiden vil 800V højspændingssystemer med SiC/GaN som kernen indlede en periode med storstilet udvikling inden for elektriske drivsystemer til biler, elektroniske styresystemer, indbyggede opladere (OBC'er), DC-DC og off. -board ladebunker.

Især siliciumcarbid er kernen i OEM'ernes højspændingsplatformstrategi. Selvom 800V stadig vokser i øjeblikket, er krigen om SiC-produktionskapacitet allerede startet. OEM'er og tier-1-leverandører konkurrerer om at indgå strategiske partnerskaber med leverandører af SiC-chips og -moduler eller om at etablere joint ventures med dem til produktion af SiC-moduler for at låse SiC-chipkapaciteten.

På den anden side er kampagnen for SiC-omkostningsreduktion også lanceret. På nuværende tidspunkt er SiC-kraftenheder ekstremt dyre. I Teslas tilfælde er værdien af ​​SiC-baseret MOSFET pr. køretøj omkring $1300; På sin seneste årlige investordag annoncerede Tesla fremskridt i udviklingen af ​​sin andengenerations power chip-platform og nævnte en reduktion på 75% i brugen af ​​siliciumcarbidenheder, som tiltrak meget opmærksomhed på markedet.

Teslas tillid ligger i, at bilproducenten selvstændigt har udviklet et TPAK SiC MOSFET-modul og er dybt involveret i chipdefinitionen og -designet. Hver bare die i TPAK'en kan købes fra forskellige chipleverandører for at etablere et multi-leverandørsystem (ST, ON Semiconductor osv.). TPAK giver også mulighed for anvendelse af platforme på tværs af materialer, f.eks. blandet brug af IGBT/SiC MOSFET'er/GaN HEMT'er.

(1) Kina har opbygget en SiC-industrikæde, men med et teknologiniveau lidt under det internationale niveau

Strømenheder baseret på SiC tilbyder fordelene ved høj frekvens, høj effektivitet og lille volumen (70 % eller 80 % mindre end IGBT strømenheder), og er blevet set i Tesla Model 3.

Fra værdikædens perspektiv udgør substrater mere end 45% af prisen på siliciumcarbidenheder, og dets kvalitet påvirker også direkte ydeevnen af ​​epitaksi og det endelige produkt. Substratet og epitaksi udgør næsten 70% af værdien, så at reducere deres omkostninger vil være SiC-industriens vigtigste udviklingsretning. Siliciumcarbiden, der kræves til højspænding (800V) til nye energikøretøjer, er hovedsageligt ledende substrat SiC-krystal. De eksisterende store producenter omfatter Wolfspeed (tidligere Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor og SICC.

Med hensyn til global SiC-teknologiudvikling er SiC-enhedsmarkedet monopoliseret af store leverandører som STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed og ROHM. Kinesiske leverandører har allerede stor produktionskapacitet og er på niveau med den internationale udvikling. Deres kapacitetsplanlægning og produktionstid er næsten lig med deres udenlandske kolleger.

Hvad angår SiC-substratudviklingsniveauet, er 6-tommer-substrater i øjeblikket fremherskende på SiC-markedet, og 8-tommer SiC-substratet er en udviklingsprioritet globalt. På nuværende tidspunkt er det kun Wolfspeed, der har opnået masseproduktion af 8-tommer SiC. Det kinesiske firma SEMISiC har produceret 8-tommer N-type SiC polerede wafere i lille skala i januar 2022. De fleste internationale virksomheder planlægger produktionen af ​​8-tommer SiC-substrater i løbet af 2023.

(2) Galliumnitrid (GaN) er stadig på et tidligt stadium af anvendelsen i bilindustrien, og layouthastigheden hos relaterede fabrikanter er hurtigere

Galliumnitrid (GaN) bruges i vid udstrækning inden for forbrugerelektronik, såsom tablet-pc'er, TWS-øretelefoner og hurtigopladning af bærbare computere (PD). Men efterhånden som nye energikøretøjer trives, bliver elbiler et potentielt anvendelsesmarked for GaN. I elektriske køretøjer er GaN-felteffekttransistorer (FET'er) meget anvendelige til AC-DC OBC'er, højspændings- (HV) til lavspændings- (LV) DC-DC-konvertere og lavspændings-DC-DC-konvertere.

Inden for elektriske køretøjer komplementerer GaN- og SiC-teknologier hinanden og dækker forskellige spændingsområder. GaN-enheder er velegnede til snesevis af volt til hundredvis af volt og i mellem- og lavspændingsapplikationer (mindre end 1200V); deres koblingstab er tre gange mindre end SiC i 650V-applikationer. SiC er mere anvendelig til højspænding (flere tusinde volt). I øjeblikket er anvendelsen af ​​SiC-enheder i et 650V-miljø for det meste for at muliggøre 1200V eller højere spænding i elektriske køretøjer.

Kina har stadig et stort hul med udenlandske modparter i udviklingen af ​​Ga2O3, og har endnu ikke opnået masseproduktion

I kraft af at have et stort energibåndgab, høj nedbrydningsfeltstyrke og stærk strålingsmodstand, galliumoxid (Ga)2O3) forventes at dominere inden for kraftelektronik i fremtiden. Sammenlignet med almindelige SiC/GaN-halvledere med bred båndgab, Ga2O3 kan prale af en højere Baliga-værdi og lavere forventede vækstomkostninger og har mere potentiale i anvendelse på højspændings-, højeffekt-, højeffektive og små elektroniske enheder.

I politikkens sigt er Kina også stadig mere opmærksom på Ga2O3. Så tidligt som i 2018 begyndte Kina at udforske og studere halvledermaterialer med ultrabredt båndgab, herunder Ga2O3, diamant og bornitrid. I 2022 bragte Kinas Ministerium for Videnskab og Teknologi Ga2O3 ind i det nationale nøgle-F&U-program i den 14. femårsplans periode.

Den 12. august 2022 udstedte det amerikanske handelsministeriums Bureau of Industry and Security (BIS) en foreløbig endelig regel, der etablerer ny eksportkontrol på fire teknologier, der opfylder kriterierne for nye og grundlæggende teknologier, herunder: gate-all-around (GAA) ) teknologi, elektronisk design automation (EDA) software, trykforstærkning forbrændingsteknologi (PGC) og de to ultra-brede båndgap halvledersubstrater, galliumoxid og diamant. De to eksportkontroller trådte i kraft den 15. august. Ga2O3 har tiltrukket sig mere opmærksomhed fra den globale videnskabelige forskning og industrielle kredse.

Selvom galliumoxid stadig er i den indledende fase af forskning og udvikling, har Kina gjort adskillige gennembrud inden for 15 måneder siden starten af ​​2022. Dets galliumoxidfremstillingsteknologier - fra 2-tommer til 6-tommer i 2022 og derefter til 8-tommer mest for nylig - modnes. kinesisk Ga2O3 materialeforskningsenheder omfatter: China Electronics Technology Group Corporation No.46 Research Institute (CETC46), Evolusia Semiconductor, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Gallium Family Technology, Beijing MIG Semiconductor og Fujia Gallium Industry; børsnoterede virksomheder som Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material og San'an Optoelectronics; samt snesevis af gymnasier og universiteter.

tags: Kraftelektronik

Besøg: www.researchinchina.com

Tidsstempel:

Mere fra Semiconductor i dag