ईवी के लिए 800V का व्यावसायीकरण ओईएम की विकास रणनीति में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा

समाचार: माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक

27 अप्रैल 2023

नई ऊर्जा वाहनों और बैटरी प्रौद्योगिकी बूम के रूप में, उद्योग श्रृंखला में चार्जिंग और बैटरी स्वैपिंग नए ऊर्जा वाहनों के विकास के लिए कमजोर लिंक बन गए हैं। असुविधाजनक चार्जिंग और छोटी क्रूज़िंग रेंज एक ऐसी समस्या बन गई है जो इलेक्ट्रिक वाहन खरीदने वाले हर उपभोक्ता को परेशान करती है।

इस संदर्भ में, नई ऊर्जा वाहनों के लिए 800V हाई-वोल्टेज चार्जिंग एक स्पॉटलाइट रही है, चीन में रिसर्च द्वारा '800V हाई वोल्टेज प्लेटफॉर्म रिसर्च रिपोर्ट, 2023' में नोट किया गया है। 2022 चीन में 800V उच्च-वोल्टेज प्लेटफार्मों के विकास के लिए पहला वर्ष था। विशेष रूप से, 800-2023 के दौरान बड़ी संख्या में 2024V हाई-वोल्टेज प्लेटफॉर्म मॉडल बिक्री के लिए उपलब्ध होंगे।

वर्तमान चरण में, 800V प्लेटफॉर्म अभी भी "तेज गड़गड़ाहट लेकिन छोटी बारिश की बूंदों" की स्थिति का सामना कर रहे हैं। बीमा डेटा बताते हैं कि चीन में 800V प्लेटफॉर्म वाले बीमित वाहन अभी भी 10,000 में 2022 यूनिट से कम थे। 800V मॉडल द्वारा पेश की जाने वाली कम लागत का प्रदर्शन और खराब अल्ट्राफास्ट चार्जिंग अनुभव उपभोक्ताओं द्वारा आलोचना की गई प्रमुख खामियां हैं।

उद्योग में उछाल के लिए अभी भी अपस्ट्रीम सामग्रियों और प्रणालियों की कम लागत की आवश्यकता है, और प्रमुख उपयोग परिदृश्यों को कवर करने के लिए डाउनस्ट्रीम 480kW/500kW अल्ट्राफास्ट-चार्जिंग पाइल्स की क्रमिक तैनाती की आवश्यकता है, ताकि 800V मॉडल को बाजार विस्फोट नोड में खींचा जा सके जो आने की उम्मीद है। लगभग 2024, बड़े ऑटो निर्माताओं की योजनाओं के अनुसार।

800V अल्ट्रा-फास्ट चार्जिंग की तैनाती:

• Xpeng: G9 के ऑर्डर द्वारा शीर्ष दस शहरों के लिए, S4 अल्ट्राफास्ट चार्जिंग स्टेशन बनाने पर ध्यान दें। 2023 में, S4 स्टेशनों का उपयोग प्रमुख शहरों और प्रमुख राजमार्गों पर ऊर्जा पुनःपूर्ति प्रदान करने के लिए किया जाएगा; यह अनुमान है कि 2025 में, वर्तमान स्व-संचालित 1000 चार्जिंग स्टेशनों के अलावा, Xpeng अन्य 2000 अल्ट्राफास्ट चार्जिंग स्टेशनों का निर्माण करेगा।
• GAC: 2021 में, GAC ने 480kW तक अधिकतम चार्जिंग पावर के साथ एक फास्ट-चार्जिंग पाइल पेश किया। यह भविष्यवाणी की गई है कि, 2025 में, पूरे चीन में 2000 शहरों में 300 सुपरचार्जिंग स्टेशन बनाए जाएंगे।
• NIO: दिसंबर 2022 में, NIO ने आधिकारिक तौर पर हाई-पावर चार्जिंग को सपोर्ट करने वाले 500A के अधिकतम करंट के साथ 660kW अल्ट्राफास्ट चार्जिंग पाइल जारी किया। 400V मॉडल के लिए सबसे तेज़ चार्जिंग समय केवल 20 मिनट है; 800V मॉडल के लिए, सबसे तेज़ चार्ज 10% से 80% तक 12 मिनट लगते हैं।
• ली ऑटो: 2023 में ली ऑटो ने ग्वांगडोंग में 800V हाई-वोल्टेज सुपरचार्जिंग पाइल्स का निर्माण शुरू किया है, और इसका लक्ष्य 3000 में 2025 सुपरचार्जिंग स्टेशन बनाना है।
• हुआवेई: मार्च 2023 में, AITO के लिए विशेष रूप से 600kW सुपरचार्जिंग ढेर शेन्ज़ेन के बैंटियन स्ट्रीट में हुआवेई बेस में निकला। फ्यूजनचार्ज डीसी सुपरचार्जिंग टर्मिनल नाम का यह चार्जिंग पाइल सिंगल-पाइल सिंगल-गन डिजाइन को अपनाता है। निर्माता हुआवेई डिजिटल पावर टेक्नोलॉजीज कंपनी लिमिटेड है। इसके बाहरी आयाम 295 मिमी (एल) x 340 मिमी (डब्ल्यू) x 1700 मिमी (एच) हैं, और उत्पाद मॉडल DT600L1-CNA1 है। चार्जिंग पाइल में 200-1000V की आउटपुट वोल्टेज रेंज, 600A की अधिकतम आउटपुट करंट, 600kW की अधिकतम आउटपुट पावर और लिक्विड कूलिंग है।

480kW अल्ट्राफास्ट-चार्जिंग पाइल्स की उच्च निर्माण लागत के कारण, आमतौर पर बोलना, एक अल्ट्राफास्ट-चार्जिंग स्टेशन सिर्फ एक या दो 480kW सुपरचार्जिंग पाइल्स और कई 240kW फास्ट-चार्जिंग पाइल्स से लैस होता है, और डायनेमिक पावर डिस्ट्रीब्यूशन को सपोर्ट करता है। कुल मिलाकर, ऑटो निर्माताओं की योजनाओं के अनुसार, यह बोधगम्य है कि 2027 के अंत में 800V हाई-वोल्टेज प्लेटफॉर्म मॉडल का स्वामित्व 3 मिलियन यूनिट तक पहुंच जाएगा; 800V सुपरचार्जिंग स्टेशनों की संख्या 15,000-20,000 होगी; 480/500kW सुपरचार्जिंग पाइल्स की संख्या 30,000 से अधिक होगी।

ढेर चार्ज करने के साथ-साथ 400V से 800V तक वास्तुकला के विकास में, वाहन इंजीनियरिंग का कार्यान्वयन भी बहुत जटिल बना हुआ है। इसके लिए सेमीकंडक्टर उपकरणों और बैटरी मॉड्यूल से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों, चार्जिंग पाइल्स और चार्जिंग नेटवर्क तक फैले पूरे सिस्टम की एक साथ शुरूआत की आवश्यकता होती है, और कनेक्टर्स की विश्वसनीयता, आकार और विद्युत प्रदर्शन पर उच्च मांग रखता है। इसके लिए मैकेनिकल, इलेक्ट्रिकल और पर्यावरणीय प्रदर्शन में प्रौद्योगिकी सुधार की भी आवश्यकता है।

टियर-1 आपूर्तिकर्ता 800V घटक उत्पादों का अनावरण करने के लिए दौड़ रहे हैं। 2023–2024 के दौरान उपलब्ध होने वाले अधिकांश नए उत्पाद

लीडड्राइव टेक्नोलॉजी: 2022 में, पहली सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)-आधारित `थ्री-इन-वन` इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम, जिसे लीडड्राइव टेक्नोलॉजी और SAIC वोक्सवैगन द्वारा संयुक्त रूप से विकसित किया गया था, परीक्षण उत्पादन में चला गया और वोक्सवैगन IVET इनोवेशन टेक्नोलॉजी फोरम में शुरुआत की। SAIC Volkswagen द्वारा परीक्षण किया गया, यह 'थ्री-इन-वन' सिस्टम लीडड्राइव टेक्नोलॉजी के सिलिकॉन कार्बाइड ECU से लैस है जो ID.4X मॉडल की क्रूज़िंग रेंज को कम से कम 4.5% तक बढ़ा सकता है। इसके अतिरिक्त, लीडड्राइव और शैफलर 800V SiC इलेक्ट्रिक एक्सल सहित इलेक्ट्रिक ड्राइव असेंबली उत्पादों का सह-विकास करेंगे।

Vitesco Technologies: अत्यधिक एकीकृत इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम उत्पाद EMR4 को चीन में बड़े पैमाने पर उत्पादित करने और 2023 में वैश्विक ग्राहकों को आपूर्ति करने का अनुमान है। EMR4 को टियांजिन आर्थिक-तकनीकी विकास क्षेत्र में Vitesco के कारखाने में पैदा किया जाएगा और दोनों के अंदर और ऑटो निर्माताओं को वितरित किया जाएगा। चीन के बाहर।

बोर्गवार्नर: नया 800V SiC इन्वर्टर वाइपर की पेटेंटेड पावर मॉड्यूल तकनीक को अपनाता है। 800V प्लेटफॉर्म पर SiC पावर मॉड्यूल का अनुप्रयोग सेमीकंडक्टर्स और SiC सामग्री के उपयोग को कम करता है। यह उत्पाद 2023 और 2024 के बीच बड़े पैमाने पर उत्पादित और वाहनों पर स्थापित किया जाएगा।

800V अभी भी उत्कर्ष पर है, लेकिन SiC उत्पादन क्षमता के लिए लड़ाई शुरू हो गई है

नए 800V आर्किटेक्चर में, इलेक्ट्रिक ड्राइव तकनीक की कुंजी 'थर्ड-जेनरेशन' SiC/GaN सेमीकंडक्टर डिवाइस का उपयोग है। नए ऊर्जा वाहनों के लिए तकनीकी लाभ लाते हुए, प्रौद्योगिकी पुनरावृत्तियों ने ऑटोमोटिव सेमीकंडक्टर्स और संपूर्ण आपूर्ति श्रृंखला के लिए कई चुनौतियाँ पेश कीं। भविष्य में, कोर के रूप में SiC/GaN के साथ 800V हाई-वोल्टेज सिस्टम ऑटोमोटिव इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम, इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल सिस्टम, ऑन-बोर्ड चार्जर्स (OBCs), DC-DC, और ऑफ में बड़े पैमाने पर विकास की शुरुआत करेगा। -बोर्ड चार्जिंग पाइल्स।

विशेष रूप से, सिलिकॉन कार्बाइड ओईएम की उच्च-वोल्टेज प्लेटफॉर्म रणनीति के मूल में है। हालाँकि वर्तमान में 800V अभी भी बढ़ रहा है, SiC उत्पादन क्षमता के लिए युद्ध शुरू हो चुका है। ओईएम और टियर-1 आपूर्तिकर्ता SiC चिप्स और मॉड्यूल के आपूर्तिकर्ताओं के साथ रणनीतिक साझेदारी बनाने या SiC चिप क्षमता को लॉक करने के लिए SiC मॉड्यूल के उत्पादन के लिए उनके साथ संयुक्त उद्यम स्थापित करने के लिए प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं।

दूसरी ओर, सीआईसी लागत में कमी के लिए अभियान भी शुरू किया गया है। वर्तमान में, SiC बिजली उपकरण बेहद महंगे हैं। टेस्ला के मामले में, सीआईसी-आधारित एमओएसएफईटी प्रति वाहन का मूल्य करीब 1300 डॉलर है; अपने हाल के वार्षिक निवेशक दिवस पर, टेस्ला ने सिलिकॉन कार्बाइड डिवाइस के उपयोग में 75% की कमी का उल्लेख करते हुए अपनी दूसरी पीढ़ी के पावर चिप प्लेटफॉर्म के विकास में प्रगति की घोषणा की, जिसने बाजार में बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया।

टेस्ला का विश्वास इस तथ्य में निहित है कि ऑटो-निर्माता ने स्वतंत्र रूप से एक TPAK SiC MOSFET मॉड्यूल विकसित किया है और चिप की परिभाषा और डिजाइन में गहराई से शामिल है। TPAK में प्रत्येक नंगे डाई को एक बहु-आपूर्तिकर्ता प्रणाली (ST, ON सेमीकंडक्टर, आदि) स्थापित करने के लिए विभिन्न चिप विक्रेताओं से खरीदा जा सकता है। TPAK क्रॉस-मटेरियल प्लेटफॉर्म के अनुप्रयोग की भी अनुमति देता है, उदाहरण के लिए IGBT/SiC MOSFETs/GaN HEMTs का मिश्रित उपयोग।

(1) चीन ने एक SiC उद्योग श्रृंखला का निर्माण किया है, लेकिन प्रौद्योगिकी स्तर अंतर्राष्ट्रीय स्तर से थोड़ा नीचे है

सीआईसी पर आधारित पावर डिवाइस उच्च आवृत्ति, उच्च दक्षता और छोटी मात्रा (आईजीबीटी पावर डिवाइस से 70% या 80% कम) के लाभ प्रदान करते हैं, और टेस्ला मॉडल 3 में देखा गया है।

मूल्य श्रृंखला के दृष्टिकोण से, सब्सट्रेट में सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की लागत का 45% से अधिक शामिल है, और इसकी गुणवत्ता भी सीधे एपिटॉक्सी और अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन को प्रभावित करती है। सब्सट्रेट और एपिटॉक्सी में मूल्य का लगभग 70% शामिल है, इसलिए उनकी लागत में कटौती करना SiC उद्योग की मुख्य विकास दिशा होगी। नई ऊर्जा वाहनों के लिए उच्च वोल्टेज (800V) के लिए आवश्यक सिलिकॉन कार्बाइड मुख्य रूप से प्रवाहकीय सब्सट्रेट SiC क्रिस्टल है। मौजूदा प्रमुख निर्माताओं में वोल्फस्पीड (पूर्व में क्री), II-VI, टेंकेब्लू सेमीकंडक्टर और SICC शामिल हैं।

वैश्विक SiC प्रौद्योगिकी विकास के संदर्भ में, SiC उपकरण बाजार में STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed और ROHM जैसे बड़े विक्रेताओं का एकाधिकार है। चीनी विक्रेताओं के पास पहले से ही बड़े पैमाने पर उत्पादन क्षमता है, और वे अंतरराष्ट्रीय विकास के बराबर हैं। उनकी क्षमता नियोजन और उत्पादन समय-सीमा उनके विदेशी समकक्षों के लगभग बराबर है।

SiC सब्सट्रेट विकास स्तर के संबंध में, वर्तमान में SiC बाजार में 6-इंच सबस्ट्रेट्स प्रबल हैं, और 8-इंच SiC सब्सट्रेट विश्व स्तर पर एक विकास प्राथमिकता है। वर्तमान में, केवल वोल्फस्पीड ने ही 8-इंच SiC का बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल किया है। चीनी कंपनी SEMISiC ने जनवरी 8 में छोटे पैमाने पर 2022-इंच N-टाइप SiC पॉलिश वेफर्स का उत्पादन किया है। अधिकांश अंतरराष्ट्रीय कंपनियां 8 के दौरान 2023-इंच SiC सबस्ट्रेट्स के उत्पादन की योजना बना रही हैं।

(2) गैलियम नाइट्राइड (GaN) अभी भी मोटर वाहन में आवेदन के प्रारंभिक चरण में है, और संबंधित निर्माताओं की लेआउट गति तेज हो रही है

गैलियम नाइट्राइड (GaN) का उपयोग बड़े पैमाने पर उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्रों जैसे टैबलेट पीसी, टीडब्ल्यूएस ईयरबड्स और नोटबुक कंप्यूटर फास्ट चार्जिंग (पीडी) में किया जाता है। फिर भी, जैसे-जैसे नए ऊर्जा वाहन फलते-फूलते हैं, इलेक्ट्रिक वाहन GaN के लिए एक संभावित अनुप्रयोग बाजार बन जाते हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों में, GaN फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (FETs) AC-DC OBCs, हाई-वोल्टेज (HV) से लो-वोल्टेज (LV) DC-DC कन्वर्टर्स और लो-वोल्टेज DC-DC कन्वर्टर्स पर बहुत लागू होते हैं।

इलेक्ट्रिक वाहनों के क्षेत्र में, GaN और SiC प्रौद्योगिकियां एक दूसरे की पूरक हैं और विभिन्न वोल्टेज रेंज को कवर करती हैं। GaN उपकरण दसियों वोल्ट से सैकड़ों वोल्ट तक और मध्यम और निम्न-वोल्टेज अनुप्रयोगों (1200V से कम) के लिए उपयुक्त हैं; उनका स्विचिंग लॉस 650V एप्लिकेशन में SiC से तीन गुना कम है। SiC उच्च वोल्टेज (कई हजार वोल्ट) पर अधिक लागू होता है। वर्तमान में, 650V वातावरण में SiC उपकरणों का अनुप्रयोग ज्यादातर इलेक्ट्रिक वाहनों में 1200V या उच्च वोल्टेज को सक्षम करने के लिए है।

गा के विकास में चीन के पास अभी भी विदेशी समकक्षों के साथ एक बड़ा अंतर है2O3, और अभी तक बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल करना है

एक बड़ी ऊर्जा बैंडगैप, उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र शक्ति और मजबूत विकिरण प्रतिरोध होने के कारण, गैलियम ऑक्साइड (Ga2O3) भविष्य में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में हावी होने की उम्मीद है। सामान्य वाइड-बैंडगैप SiC/GaN सेमीकंडक्टर्स की तुलना में, Ga2O3 एक उच्च बालिगा फिगर-ऑफ-मेरिट और कम अपेक्षित विकास लागत का दावा करता है, और उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति, उच्च-दक्षता और छोटे आकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए आवेदन करने की अधिक संभावना है।

नीति के लिहाज से चीन गा पर भी पहले से ज्यादा ध्यान दे रहा है2O3. 2018 की शुरुआत में, चीन ने Ga सहित अल्ट्रा-वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री की खोज और अध्ययन शुरू किया2O3, हीरा और बोरान नाइट्राइड। 2022 में चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने Ga2O3 '14वीं पंचवर्षीय योजना' अवधि के दौरान राष्ट्रीय कुंजी अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम में।

12 अगस्त 2022 को, अमेरिकी वाणिज्य विभाग के उद्योग और सुरक्षा ब्यूरो (BIS) ने एक अंतरिम अंतिम नियम जारी किया जो चार तकनीकों पर नए निर्यात नियंत्रण स्थापित करता है जो उभरती और मूलभूत तकनीकों के मानदंडों को पूरा करते हैं, जिनमें शामिल हैं: गेट-ऑल-अराउंड (GAA) ) तकनीक, इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन ऑटोमेशन (EDA) सॉफ़्टवेयर, प्रेशर गेन कम्बशन (PGC) तकनीक, और दो अल्ट्रा-वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सबस्ट्रेट्स, गैलियम ऑक्साइड और डायमंड। 15 अगस्त को दो निर्यात नियंत्रण लागू हुए। गा2O3 वैश्विक वैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक हलकों से अधिक ध्यान आकर्षित किया है।

हालाँकि गैलियम ऑक्साइड अभी भी अनुसंधान एवं विकास के प्रारंभिक चरण में है, चीन ने 15 की शुरुआत के बाद से 2022 महीनों के भीतर कई सफलताएँ हासिल की हैं। इसकी गैलियम ऑक्साइड तैयारी तकनीकें - 2 में 6-इंच से 2022-इंच तक, और फिर 8-इंच तक अधिकतम हाल ही में - परिपक्व हो रहे हैं। चीनी गा2O3 सामग्री अनुसंधान इकाइयों में शामिल हैं: चाइना इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी ग्रुप कॉर्पोरेशन नंबर 46 रिसर्च इंस्टीट्यूट (सीईटीसी46), एवोलुसिया सेमीकंडक्टर, शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स एंड फाइन मैकेनिक्स (एसआईओएम), गैलियम फैमिली टेक्नोलॉजी, बीजिंग एमआईजी सेमीकंडक्टर, और फुजिया गैलियम इंडस्ट्री; Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material और San'an Optoelectronics जैसी सूचीबद्ध कंपनियाँ; साथ ही दर्जनों कॉलेज और विश्वविद्यालय।

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• स्रोत: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml