Η εμπορευματοποίηση των 800V για EVs να παίξει κρίσιμο ρόλο στη στρατηγική ανάπτυξης των OEM

Η εμπορευματοποίηση των 800V για EVs να παίξει κρίσιμο ρόλο στη στρατηγική ανάπτυξης των OEM

Χρονική σήμανση: 27 Απριλίου 2023 5:57 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2613233

Ειδήσεις: Μικροηλεκτρονική

27 2023 Απρίλιο

Καθώς τα νέα ενεργειακά οχήματα και η τεχνολογία μπαταριών ανεβαίνουν, η φόρτιση και η εναλλαγή μπαταριών στην αλυσίδα της βιομηχανίας έχουν γίνει αδύναμοι κρίκοι για την ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων. Η άβολη φόρτιση και η μικρή αυτονομία πλεύσης έχουν γίνει τα επώδυνα σημεία που μαστίζουν κάθε καταναλωτή που αγοράζει ηλεκτρικά οχήματα.

Σε αυτό το πλαίσιο, η φόρτιση υψηλής τάσης 800 V για οχήματα νέας ενέργειας έχει αποτελέσει το επίκεντρο, σημειώνει η «Έρευνα για την Πλατφόρμα Υψηλής Τάσης 800V, 2023» από την Research In China. Το 2022 ήταν η πρώτη χρονιά για την ανάπτυξη πλατφορμών υψηλής τάσης 800V στην Κίνα. Συγκεκριμένα, ένας μεγάλος αριθμός μοντέλων πλατφόρμας υψηλής τάσης 800 V θα κυκλοφορήσει στην αγορά κατά την περίοδο 2023–2024.

Στην τρέχουσα φάση, οι πλατφόρμες 800V εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν μια κατάσταση «δυνατών βροντών αλλά μικρών σταγόνων βροχής». Τα δεδομένα ασφάλισης δείχνουν ότι τα ασφαλισμένα οχήματα με πλατφόρμες 800 V στην Κίνα εξακολουθούσαν να είναι λιγότερες από 10,000 μονάδες το 2022. Η απόδοση χαμηλού κόστους και η κακή εμπειρία υπερταχείας φόρτισης που προσφέρουν τα μοντέλα 800 V είναι τα κύρια ελαττώματα που επικρίνονται από τους καταναλωτές.

Η άνθηση της βιομηχανίας εξακολουθεί να απαιτεί χαμηλότερο κόστος υλικών και συστημάτων ανάντη και τη σταδιακή ανάπτυξη πασσάλων υπερταχείας φόρτισης 480 kW/500 kW για την κάλυψη βασικών σεναρίων χρήσης, έτσι ώστε τα μοντέλα 800 V να μπορούν να ενταχθούν στον κόμβο έκρηξης της αγοράς που αναμένεται να έρθει. περίπου το 2024, σύμφωνα με τα σχέδια μεγάλων αυτοκινητοβιομηχανιών.

Ανάπτυξη εξαιρετικά γρήγορης φόρτισης 800V:

  • Xpeng: για τις δέκα πρώτες πόλεις με παραγγελίες για το G9, επικεντρωθείτε στην κατασκευή σταθμών υπερταχείας φόρτισης S4. Το 2023, οι σταθμοί S4 θα χρησιμοποιηθούν για την παροχή ενέργειας αναπλήρωσης σε βασικές πόλεις και κατά μήκος βασικών αυτοκινητοδρόμων. Εκτιμάται ότι το 2025, εκτός από τους σημερινούς 1000 σταθμούς φόρτισης που λειτουργούν μόνοι τους, η Xpeng θα κατασκευάσει άλλους 2000 σταθμούς υπερταχείας φόρτισης.
  • GAC: το 2021, η GAC παρουσίασε ένα σωρό ταχείας φόρτισης με μέγιστη ισχύ φόρτισης έως 480 kW. Προβλέπεται ότι, το 2025, θα κατασκευαστούν 2000 σταθμοί υπερφόρτισης σε 300 πόλεις σε όλη την Κίνα.
  • NIO: τον Δεκέμβριο του 2022, η NIO κυκλοφόρησε επίσημα έναν σωρό υπερταχείας φόρτισης 500 kW με μέγιστο ρεύμα 660A που υποστηρίζει φόρτιση υψηλής ισχύος. Ο ταχύτερος χρόνος φόρτισης για μοντέλα 400V είναι μόνο 20 λεπτά. για μοντέλα 800V, η ταχύτερη φόρτιση από 10% έως 80% διαρκεί 12 λεπτά.
  • Li Auto: το 2023 η Li Auto ξεκίνησε την κατασκευή πασσάλων υπερφόρτισης υψηλής τάσης 800V στο Γκουανγκντόνγκ και στόχος της είναι να κατασκευάσει 3000 σταθμούς υπερφόρτισης το 2025.
  • Huawei: τον Μάρτιο του 2023, ο σωρός υπερτροφοδότησης 600 kW αποκλειστικά για την AITO βγήκε στη βάση Huawei στην οδό Bantian, Shenzhen. Αυτή η στοίβα φόρτισης, που ονομάζεται FusionCharge DC Supercharging Terminal, υιοθετεί τη σχεδίαση μονού όπλου ενός πασσάλου. Κατασκευαστής είναι η Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Οι εξωτερικές του διαστάσεις είναι 295mm (L) x 340mm (W) x 1700mm (Υ) και το μοντέλο του προϊόντος είναι DT600L1-CNA1. Ο σωρός φόρτισης έχει εύρος τάσης εξόδου 200–1000 V, μέγιστο ρεύμα εξόδου 600 A, μέγιστη ισχύ εξόδου 600 kW και υγρή ψύξη.

Λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής των πασσάλων υπερταχείας φόρτισης 480 kW, γενικά, ένας σταθμός υπερταχείας φόρτισης είναι εξοπλισμένος με μόνο έναν ή δύο πασσάλους υπερφόρτισης 480 kW και αρκετούς πασσάλους ταχείας φόρτισης 240 kW και υποστηρίζει δυναμική διανομή ισχύος. Συνολικά, σύμφωνα με τα σχέδια των κατασκευαστών αυτοκινήτων, είναι πιθανό ότι στα τέλη του 2027 η ιδιοκτησία μοντέλων πλατφορμών υψηλής τάσης 800 V θα φτάσει τα 3 εκατομμύρια μονάδες. Ο αριθμός των σταθμών υπερφόρτισης 800 V θα είναι 15,000–20,000. ο αριθμός των πασσάλων υπερφόρτισης 480/500 kW θα ξεπεράσει τις 30,000.

Εκτός από τους πασσάλους φόρτισης, στην εξέλιξη της αρχιτεκτονικής από 400V σε 800V, η υλοποίηση της μηχανικής οχημάτων παραμένει επίσης πολύ περίπλοκη. Απαιτεί την ταυτόχρονη εισαγωγή ενός ολόκληρου συστήματος που εκτείνεται σε συσκευές ημιαγωγών και μονάδες μπαταρίας σε ηλεκτρικά οχήματα, πασσάλους φόρτισης και δίκτυα φόρτισης και θέτει υψηλότερες απαιτήσεις για την αξιοπιστία, το μέγεθος και την ηλεκτρική απόδοση των βυσμάτων. Απαιτεί επίσης τεχνολογικές βελτιώσεις στις μηχανικές, ηλεκτρικές και περιβαλλοντικές επιδόσεις.

Οι προμηθευτές Tier-1 αγωνίζονται να αποκαλύψουν προϊόντα εξαρτημάτων 800V. Τα περισσότερα νέα προϊόντα θα είναι διαθέσιμα κατά την περίοδο 2023–2024

Τεχνολογία Leadrive: το 2022, το πρώτο σύστημα ηλεκτρικής κίνησης «τρία σε ένα» βασισμένο σε καρβίδιο του πυριτίου (SiC) που αναπτύχθηκε από κοινού από τη Leadrive Technology και τη SAIC Volkswagen τέθηκε σε δοκιμαστική παραγωγή και έκανε το ντεμπούτο του στο Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Δοκιμασμένο από τη SAIC Volkswagen, αυτό το σύστημα «τρία σε ένα» εξοπλισμένο με την ECU καρβιδίου του πυριτίου της Leadrive Technology μπορεί να αυξήσει την εμβέλεια πλεύσης του μοντέλου ID.4X τουλάχιστον κατά 4.5%. Επιπλέον, η Leadrive και η Schaeffler θα αναπτύξουν από κοινού προϊόντα συναρμολόγησης ηλεκτροκίνησης, συμπεριλαμβανομένου ενός ηλεκτρικού άξονα 800V SiC.

Vitesco Technologies: το εξαιρετικά ολοκληρωμένο προϊόν συστήματος ηλεκτρικής κίνησης EMR4 προβλέπεται να παραχθεί μαζικά στην Κίνα και να διατεθεί σε παγκόσμιους πελάτες το 2023. Το EMR4 θα γεννηθεί στο εργοστάσιο της Vitesco στην Περιοχή Οικονομικής-Τεχνολογικής Ανάπτυξης Tianjin και θα παραδοθεί σε αυτοκινητοβιομηχανίες τόσο εντός όσο και σε εκτός Κίνας.

BorgWarner: ο νέος μετατροπέας SiC 800V υιοθετεί την πατενταρισμένη τεχνολογία μονάδας ισχύος της Viper. Η εφαρμογή μονάδων ισχύος SiC σε πλατφόρμες 800V μειώνει τη χρήση ημιαγωγών και υλικών SiC. Αυτό το προϊόν θα παραχθεί μαζικά και θα εγκατασταθεί σε οχήματα μεταξύ 2023 και 2024.

Τα 800 V είναι ακόμα σε άνοδο, αλλά η μάχη για την ικανότητα παραγωγής SiC έχει ξεκινήσει

Σε νέες αρχιτεκτονικές 800V, το κλειδί για την τεχνολογία ηλεκτρικής κίνησης είναι η χρήση συσκευών ημιαγωγών SiC/GaN «τρίτης γενιάς». Ενώ φέρνουν τεχνικά οφέλη στα νέα ενεργειακά οχήματα, οι επαναλήψεις τεχνολογίας θέτουν επίσης πολλές προκλήσεις για τους ημιαγωγούς αυτοκινήτων και ολόκληρη την αλυσίδα εφοδιασμού. Στο μέλλον, τα συστήματα υψηλής τάσης 800 V με πυρήνα το SiC/GaN θα εγκαινιάσουν μια περίοδο μεγάλης κλίμακας ανάπτυξης σε συστήματα ηλεκτροκίνησης αυτοκινήτων, ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου, ενσωματωμένους φορτιστές (OBC), DC–DC και off -Σωροί φόρτισης σανίδας.

Ειδικότερα, το καρβίδιο του πυριτίου βρίσκεται στον πυρήνα της στρατηγικής πλατφόρμας υψηλής τάσης των OEM. Αν και τα 800V εξακολουθούν να αυξάνονται επί του παρόντος, ο πόλεμος για την ικανότητα παραγωγής SiC έχει ήδη ξεκινήσει. Οι OEM και οι προμηθευτές επιπέδου 1 ανταγωνίζονται για τη δημιουργία στρατηγικών συνεργασιών με προμηθευτές τσιπ και μονάδων SiC ή για τη δημιουργία κοινοπραξιών μαζί τους για την παραγωγή μονάδων SiC προκειμένου να κλειδώσουν τη χωρητικότητα των τσιπ SiC.

Από την άλλη, έχει ξεκινήσει και η εκστρατεία για μείωση του κόστους SiC. Επί του παρόντος, οι συσκευές ισχύος SiC είναι εξαιρετικά ακριβές. Στην περίπτωση της Tesla, η αξία του MOSFET που βασίζεται σε SiC ανά όχημα είναι περίπου $1300. Στην πρόσφατη ετήσια ημέρα επενδυτών της, η Tesla ανακοίνωσε πρόοδο στην ανάπτυξη της πλατφόρμας τσιπ ισχύος δεύτερης γενιάς, αναφέροντας μια μείωση κατά 75% στη χρήση συσκευών καρβιδίου του πυριτίου, η οποία προσέλκυσε μεγάλη προσοχή στην αγορά.

Η εμπιστοσύνη της Tesla έγκειται στο γεγονός ότι η αυτοκινητοβιομηχανία έχει αναπτύξει ανεξάρτητα μια μονάδα TPAK SiC MOSFET και εμπλέκεται βαθιά στον ορισμό και το σχεδιασμό των chip. Κάθε γυμνό καλούπι στο TPAK μπορεί να αγοραστεί από διαφορετικούς προμηθευτές τσιπ για τη δημιουργία ενός συστήματος πολλαπλών προμηθευτών (ST, ON Semiconductor, κ.λπ.). Το TPAK επιτρέπει επίσης την εφαρμογή πλατφορμών πολλαπλών υλικών, π.χ. μικτή χρήση IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT.

(1) Η Κίνα έχει δημιουργήσει μια αλυσίδα βιομηχανίας SiC, αλλά με επίπεδο τεχνολογίας ελαφρώς χαμηλότερο από το διεθνές επίπεδο

Οι συσκευές ισχύος που βασίζονται στο SiC προσφέρουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής συχνότητας, της υψηλής απόδοσης και του μικρού όγκου (70% ή 80% μικρότεροι από τις συσκευές ισχύος IGBT) και έχουν παρατηρηθεί στο Tesla Model 3.

Από την άποψη της αλυσίδας αξίας, τα υποστρώματα αποτελούν περισσότερο από το 45% του κόστους των συσκευών καρβιδίου του πυριτίου και η ποιότητά τους επηρεάζει επίσης άμεσα την απόδοση της επιταξίας και του τελικού προϊόντος. Το υπόστρωμα και η επιταξία αποτελούν σχεδόν το 70% της αξίας, επομένως η μείωση του κόστους τους θα είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης της βιομηχανίας SiC. Το καρβίδιο του πυριτίου που απαιτείται για την υψηλή τάση (800V) για οχήματα νέας ενέργειας είναι κυρίως αγώγιμο υπόστρωμα κρύσταλλο SiC. Οι υπάρχοντες μεγάλοι κατασκευαστές περιλαμβάνουν Wolfspeed (πρώην Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor και SICC.

Όσον αφορά την παγκόσμια ανάπτυξη της τεχνολογίας SiC, η αγορά συσκευών SiC μονοπωλείται από μεγάλους προμηθευτές όπως οι STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed και ROHM. Οι Κινέζοι πωλητές διαθέτουν ήδη μεγάλης κλίμακας παραγωγική ικανότητα και βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με τις διεθνείς εξελίξεις. Ο προγραμματισμός της παραγωγικής τους ικανότητας και το χρονοδιάγραμμα παραγωγής είναι σχεδόν ίσα με τους ξένους ομολόγους τους.

Όσον αφορά το επίπεδο ανάπτυξης υποστρώματος SiC, τα υποστρώματα 6 ιντσών επικρατούν επί του παρόντος στην αγορά SiC και το υπόστρωμα SiC 8 ιντσών αποτελεί προτεραιότητα ανάπτυξης παγκοσμίως. Προς το παρόν, μόνο η Wolfspeed έχει επιτύχει τη μαζική παραγωγή SiC 8 ιντσών. Η κινεζική εταιρεία SEMISiC παρήγαγε γυαλισμένες γκοφρέτες SiC τύπου N 8 ιντσών σε μικρή κλίμακα τον Ιανουάριο του 2022. Οι περισσότερες διεθνείς εταιρείες σχεδιάζουν την παραγωγή υποστρωμάτων SiC 8 ιντσών κατά τη διάρκεια του 2023.

(2) Το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο εφαρμογής στην αυτοκινητοβιομηχανία και ο ρυθμός διάταξης των σχετικών κατασκευαστών επιταχύνεται

Το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε πεδία ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, όπως tablet PC, ακουστικά TWS και γρήγορη φόρτιση φορητών υπολογιστών (PD). Ωστόσο, καθώς τα νέα ενεργειακά οχήματα ευδοκιμούν, τα ηλεκτρικά οχήματα γίνονται μια πιθανή αγορά εφαρμογής για το GaN. Στα ηλεκτρικά οχήματα, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου GaN (FET) είναι πολύ εφαρμόσιμα σε AC–DC OBC, υψηλής τάσης (HV) σε χαμηλής τάσης (LV) DC–DC μετατροπείς και χαμηλής τάσης DC–DC μετατροπείς.

Στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων, οι τεχνολογίες GaN και SiC αλληλοσυμπληρώνονται και καλύπτουν διαφορετικά εύρη τάσης. Οι συσκευές GaN είναι κατάλληλες για δεκάδες βολτ έως εκατοντάδες βολτ και σε εφαρμογές μέσης και χαμηλής τάσης (λιγότερο από 1200V). Η απώλεια μεταγωγής τους είναι τρεις φορές μικρότερη από το SiC σε εφαρμογή 650V. Το SiC είναι περισσότερο εφαρμόσιμο σε υψηλές τάσεις (αρκετές χιλιάδες βολτ). Επί του παρόντος, η εφαρμογή συσκευών SiC σε περιβάλλον 650 V είναι κυρίως για την ενεργοποίηση τάσης 1200 V ή υψηλότερης σε ηλεκτρικά οχήματα.

Η Κίνα εξακολουθεί να έχει μεγάλο κενό με ξένους ομολόγους στην ανάπτυξη του Ga2O3, και δεν έχει ακόμη επιτευχθεί μαζική παραγωγή

Λόγω του ότι έχει μεγάλο ενεργειακό διάκενο, υψηλή ένταση πεδίου διάσπασης και ισχυρή αντίσταση στην ακτινοβολία, το οξείδιο του γαλλίου (Ga2O3) αναμένεται να κυριαρχήσει στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος στο μέλλον. Σε σύγκριση με τους κοινούς ημιαγωγούς SiC/GaN ευρείας ζώνης, το Ga2O3 διαθέτει υψηλότερη αξία Baliga και χαμηλότερο αναμενόμενο κόστος ανάπτυξης και έχει περισσότερες δυνατότητες εφαρμογής σε ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής τάσης, υψηλής ισχύος, υψηλής απόδοσης και μικρού μεγέθους.

Από την άποψη της πολιτικής, η Κίνα δίνει επίσης όλο και μεγαλύτερη προσοχή στο Ga2O3. Ήδη από το 2018, η Κίνα άρχισε να εξερευνά και να μελετά υλικά ημιαγωγών εξαιρετικά ευρείας ζώνης, συμπεριλαμβανομένου του Ga2O3, διαμάντι και νιτρίδιο βορίου. Το 2022, το Υπουργείο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας έφερε τον Ga2O3 στο Εθνικό Πρόγραμμα Ε&Α βασικής σημασίας κατά την περίοδο του «14ου πενταετούς σχεδίου».

Στις 12 Αυγούστου 2022, το Γραφείο Βιομηχανίας και Ασφάλειας (BIS) του Υπουργείου Εμπορίου των ΗΠΑ εξέδωσε έναν ενδιάμεσο τελικό κανόνα που θεσπίζει νέους ελέγχους εξαγωγών σε τέσσερις τεχνολογίες που πληρούν τα κριτήρια για αναδυόμενες και θεμελιώδεις τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων: gate-all-around (GAA ) τεχνολογία, λογισμικό αυτοματισμού ηλεκτρονικού σχεδιασμού (EDA), τεχνολογία καύσης με κέρδος πίεσης (PGC) και τα δύο υποστρώματα ημιαγωγών εξαιρετικά ευρείας ζώνης, οξείδιο του γαλλίου και διαμάντι. Οι δύο έλεγχοι εξαγωγών τέθηκαν σε ισχύ στις 15 Αυγούστου. Ga2O3 έχει τραβήξει περισσότερο την προσοχή από τους παγκόσμιους επιστημονικούς και βιομηχανικούς κύκλους.

Αν και το οξείδιο του γαλλίου βρίσκεται ακόμη στο αρχικό στάδιο της Ε&Α, η Κίνα έχει κάνει αρκετές ανακαλύψεις μέσα σε 15 μήνες από την αρχή του 2022. Οι τεχνολογίες παρασκευής οξειδίου του γαλλίου — από 2 ίντσες σε 6 ίντσες το 2022 και στη συνέχεια στις 8 ίντσες οι περισσότερες πρόσφατα — ωριμάζουν. Κινέζος Γα2O3 Οι μονάδες έρευνας υλικού περιλαμβάνουν: 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 και Fujia Gallium Industry. εισηγμένες εταιρείες όπως η Xinhu Zhongbao, η Sinopack Electronic Technology, η Jiangsu Nata Opto-Electronic Material και η San'an Optoelectronics. καθώς και δεκάδες κολέγια και πανεπιστήμια.

Ετικέτες: Ηλεκτρονικά ισχύος

Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα: www.researchinchina.com

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Ημιαγωγός σήμερα