Komersialisasi 800V untuk EV memainkan peran penting dalam strategi pertumbuhan OEM

Berita: mikroelektronika

27 April 2023

Seiring ledakan kendaraan energi baru dan teknologi baterai, pengisian dan pertukaran baterai dalam rantai industri telah menjadi mata rantai yang lemah untuk pengembangan kendaraan energi baru. Pengisian daya yang tidak nyaman dan jarak jelajah yang pendek menjadi poin penting yang mengganggu setiap konsumen yang membeli kendaraan listrik.

Dalam konteks ini, pengisian tegangan tinggi 800V untuk kendaraan energi baru telah menjadi sorotan, catat 'Laporan Riset Platform Tegangan Tinggi 800V, 2023' oleh Research In China. 2022 adalah tahun pertama pengembangan platform tegangan tinggi 800V di Tiongkok. Secara khusus, sejumlah besar model platform tegangan tinggi 800V akan mulai dijual selama 2023–2024.

Pada tahap saat ini, platform 800V masih menghadapi situasi “guntur keras tapi hujan kecil”. Data asuransi menunjukkan bahwa kendaraan yang diasuransikan dengan platform 800V di China masih kurang dari 10,000 unit pada tahun 2022. Performa berbiaya rendah dan pengalaman pengisian ultra cepat yang buruk yang ditawarkan oleh model 800V adalah kelemahan utama yang dikritik oleh konsumen.

Ledakan industri masih memerlukan biaya material dan sistem hulu yang lebih rendah, dan penyebaran bertahap tumpukan pengisian daya ultracepat 480kW/500kW hilir untuk mencakup skenario penggunaan utama, sehingga model 800V dapat ditarik ke titik ledakan pasar yang diperkirakan akan datang. sekitar tahun 2024, menurut rencana pembuat mobil besar.

Penerapan pengisian daya sangat cepat 800V:

• Xpeng: untuk sepuluh kota teratas berdasarkan pesanan untuk G9, berkonsentrasilah untuk membangun stasiun pengisian daya ultracepat S4. Pada tahun 2023, stasiun S4 akan digunakan untuk mengisi ulang energi di kota-kota utama dan di sepanjang jalan raya utama; diperkirakan pada tahun 2025, selain 1000 stasiun pengisian yang dioperasikan sendiri saat ini, Xpeng akan membangun 2000 stasiun pengisian ultra cepat lainnya.
• GAC: pada tahun 2021, GAC memperkenalkan tumpukan pengisian cepat dengan daya pengisian maksimum hingga 480kW. Diperkirakan, pada tahun 2025, 2000 stasiun supercharging akan dibangun di 300 kota di seluruh China.
• NIO: pada Desember 2022, NIO secara resmi merilis tumpukan pengisian daya ultra cepat 500kW dengan arus maksimum 660A yang mendukung pengisian daya tinggi. Waktu pengisian tercepat untuk model 400V hanya 20 menit; untuk model 800V, pengisian daya tercepat dari 10% hingga 80% membutuhkan waktu 12 menit.
• Li Auto: pada tahun 2023 Li Auto telah memulai pembangunan tiang supercharging tegangan tinggi 800V di Guangdong, dan tujuannya adalah untuk membangun 3000 stasiun pengisian daya super pada tahun 2025.
• Huawei: pada Maret 2023, tumpukan pengisian daya super 600kW khusus untuk AITO diluncurkan di Pangkalan Huawei di Bantian Street, Shenzhen. Tumpukan pengisi daya ini, bernama FusionCharge DC Supercharging Terminal, mengadopsi desain single-pile single-gun. Pabrikannya adalah Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Dimensi eksternalnya adalah 295mm (L) x 340mm (W) x 1700mm (H), dan model produknya adalah DT600L1-CNA1. Tumpukan pengisi daya memiliki kisaran tegangan keluaran 200–1000V, arus keluaran maksimum 600A, daya keluaran maksimum 600kW, dan pendingin cair.

Karena tingginya biaya konstruksi tumpukan pengisian daya ultracepat 480kW, secara umum, stasiun pengisian daya ultracepat hanya dilengkapi dengan satu atau dua tumpukan pengisian daya super 480kW dan beberapa tumpukan pengisian daya cepat 240kW, dan mendukung distribusi daya yang dinamis. Secara keseluruhan, menurut rencana pembuat mobil, dapat dibayangkan pada akhir tahun 2027 kepemilikan model platform tegangan tinggi 800V akan mencapai 3 juta unit; jumlah stasiun supercharging 800V akan menjadi 15,000–20,000; jumlah tumpukan supercharging 480/500kW akan melebihi 30,000.

Selain tiang pengisian, dalam evolusi arsitektur dari 400V ke 800V, penerapan rekayasa kendaraan juga masih sangat rumit. Hal ini membutuhkan pengenalan simultan dari seluruh sistem yang mencakup perangkat semikonduktor dan modul baterai ke kendaraan listrik, tiang pengisi daya, dan jaringan pengisian daya, dan menimbulkan tuntutan yang lebih tinggi pada keandalan, ukuran, dan kinerja konektor listrik. Ini juga membutuhkan peningkatan teknologi dalam kinerja mekanik, listrik dan lingkungan.

Pemasok Tier-1 berlomba untuk meluncurkan produk komponen 800V. Sebagian besar produk baru akan tersedia selama 2023–2024

Teknologi Leadrive: pada tahun 2022, sistem penggerak listrik `tiga-dalam-satu` berbasis silikon karbida (SiC) pertama yang dikembangkan bersama oleh Leadrive Technology dan SAIC Volkswagen memasuki produksi uji coba dan memulai debutnya di Forum Teknologi Inovasi IVET Volkswagen. Diuji oleh SAIC Volkswagen, sistem 'three-in-one' yang dilengkapi dengan ECU silikon karbida Leadrive Technology ini dapat meningkatkan daya jelajah model ID.4X setidaknya sebesar 4.5%. Selain itu, Leadrive dan Schaeffler akan bersama-sama mengembangkan produk rakitan penggerak listrik termasuk gandar listrik 800V SiC.

Vitesco Technologies: produk sistem penggerak elektrik yang sangat terintegrasi EMR4 diproyeksikan akan diproduksi secara massal di China dan dipasok ke pelanggan global pada tahun 2023. EMR4 akan diproduksi di pabrik Vitesco di Area Pengembangan Ekonomi-Teknologi Tianjin dan dikirim ke pembuat mobil baik di dalam maupun di luar negeri. di luar Cina.

BorgWarner: inverter SiC 800V yang baru mengadopsi teknologi modul daya Viper yang telah dipatenkan. Penerapan modul daya SiC ke platform 800V mengurangi penggunaan bahan semikonduktor dan SiC. Produk ini akan diproduksi secara massal dan dipasang pada kendaraan antara tahun 2023 hingga 2024.

800V masih unggul, tetapi pertempuran untuk kapasitas produksi SiC telah dimulai

Dalam arsitektur 800V baru, kunci teknologi penggerak listrik adalah penggunaan perangkat semikonduktor SiC/GaN 'generasi ketiga'. Selain membawa manfaat teknis bagi kendaraan energi baru, iterasi teknologi juga menimbulkan banyak tantangan bagi semikonduktor otomotif dan seluruh rantai pasokan. Di masa mendatang, sistem tegangan tinggi 800V dengan inti SiC/GaN akan mengantarkan periode pengembangan skala besar dalam sistem penggerak elektrik otomotif, sistem kontrol elektronik, pengisi daya on-board (OBC), DC–DC, dan mati. -papan pengisian tumpukan.

Secara khusus, silikon karbida adalah inti dari strategi platform tegangan tinggi OEM. Meskipun 800V masih berkembang saat ini, perang untuk kapasitas produksi SiC sudah dimulai. OEM dan pemasok tier-1 bersaing untuk membentuk kemitraan strategis dengan pemasok chip dan modul SiC atau mendirikan usaha patungan dengan mereka untuk produksi modul SiC guna mengunci kapasitas chip SiC.

Di sisi lain, kampanye pengurangan biaya SiC juga telah diluncurkan. Saat ini, perangkat daya SiC sangat mahal. Dalam kasus Tesla, nilai MOSFET berbasis SiC per kendaraan adalah sekitar $1300; pada hari investor tahunannya baru-baru ini, Tesla mengumumkan kemajuan dalam pengembangan platform chip daya generasi keduanya, menyebutkan pengurangan 75% dalam penggunaan perangkat silikon karbida, yang menarik banyak perhatian di pasar.

Keyakinan Tesla terletak pada fakta bahwa pembuat mobil telah mengembangkan modul MOSFET TPAK SiC secara mandiri dan sangat terlibat dalam definisi dan desain chip. Setiap cetakan telanjang di TPAK dapat dibeli dari vendor chip yang berbeda untuk membuat sistem multi-pemasok (ST, ON Semiconductor, dll). TPAK juga memungkinkan penerapan platform lintas material, misalnya penggunaan campuran MOSFET IGBT/SiC/HEMT GaN.

(1) Cina telah membangun rantai industri SiC, tetapi dengan tingkat teknologi sedikit di bawah tingkat internasional

Perangkat daya berdasarkan SiC menawarkan keunggulan frekuensi tinggi, efisiensi tinggi, dan volume kecil (70% atau 80% lebih kecil dari perangkat daya IGBT), dan telah terlihat di Tesla Model 3.

Dari perspektif rantai nilai, substrat mencakup lebih dari 45% biaya perangkat silikon karbida, dan kualitasnya juga secara langsung memengaruhi kinerja epitaksi dan produk akhir. Substrat dan epitaksi terdiri dari hampir 70% dari nilai, sehingga memotong biayanya akan menjadi arah pengembangan utama industri SiC. Silikon karbida yang diperlukan untuk tegangan tinggi (800V) untuk kendaraan energi baru terutama adalah kristal SiC substrat konduktif. Pabrikan besar yang ada termasuk Wolfspeed (sebelumnya Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor dan SICC.

Dalam perkembangan teknologi SiC global, pasar perangkat SiC dimonopoli oleh vendor besar seperti STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed dan ROHM. Vendor Cina sudah memiliki kapasitas produksi skala besar, dan setara dengan perkembangan internasional. Perencanaan kapasitas dan skala waktu produksi mereka hampir sama dengan rekan asing mereka.

Mengenai tingkat pengembangan substrat SiC, substrat 6 inci saat ini mendominasi pasar SiC, dan substrat SiC 8 inci merupakan prioritas pengembangan secara global. Saat ini, hanya Wolfspeed yang telah mencapai produksi massal SiC 8 inci. Perusahaan China SEMISiC telah memproduksi wafer poles SiC tipe-N 8 inci dalam skala kecil pada Januari 2022. Sebagian besar perusahaan internasional merencanakan produksi substrat SiC 8 inci selama tahun 2023.

(2) Gallium nitride (GaN) masih dalam tahap awal aplikasi di bidang otomotif, dan kecepatan tata letak pabrikan terkait semakin cepat

Gallium nitride (GaN) sebagian besar digunakan di bidang elektronik konsumen seperti PC tablet, earbud TWS, dan pengisian daya cepat (PD) komputer notebook. Namun, seiring berkembangnya kendaraan energi baru, kendaraan listrik menjadi pasar aplikasi potensial untuk GaN. Pada kendaraan listrik, transistor efek medan (FET) GaN sangat cocok untuk OBC AC-DC, konverter DC-DC tegangan tinggi (HV) ke tegangan rendah (LV), dan konverter DC-DC tegangan rendah.

Di bidang kendaraan listrik, teknologi GaN dan SiC saling melengkapi dan mencakup rentang voltase yang berbeda. Perangkat GaN cocok untuk puluhan volt hingga ratusan volt, dan dalam aplikasi tegangan menengah dan rendah (kurang dari 1200V); kerugian switching mereka tiga kali lebih kecil dari SiC dalam aplikasi 650V. SiC lebih cocok untuk tegangan tinggi (beberapa ribu volt). Saat ini, penerapan perangkat SiC di lingkungan 650V sebagian besar untuk mengaktifkan tegangan 1200V atau lebih tinggi pada kendaraan listrik.

China masih memiliki kesenjangan yang besar dengan mitra asing dalam pengembangan Ga2O3, dan belum mencapai produksi massal

Berdasarkan memiliki celah pita energi yang besar, kekuatan medan tembus yang tinggi dan ketahanan radiasi yang kuat, galium oksida (Ga2O3) diperkirakan akan mendominasi bidang elektronika daya di masa mendatang. Dibandingkan dengan semikonduktor SiC/GaN celah pita lebar umum, Ga2O3 membanggakan figur-of-merit Baliga yang lebih tinggi dan biaya pertumbuhan yang diharapkan lebih rendah, dan memiliki lebih banyak potensi dalam aplikasi untuk perangkat elektronik bertegangan tinggi, berdaya tinggi, berefisiensi tinggi, dan berukuran kecil.

Dalam istilah kebijakan, China juga semakin memperhatikan Ga2O3. Pada awal 2018, China mulai mengeksplorasi dan mempelajari bahan semikonduktor celah pita ultra lebar termasuk Ga2O3, intan dan boron nitrida. Pada tahun 2022, Kementerian Sains dan Teknologi China membawa Ga2O3 ke dalam Program R&D Kunci Nasional selama periode 'Rencana Lima Tahun ke-14'.

Pada 12 Agustus 2022, Biro Industri dan Keamanan (BIS) Departemen Perdagangan AS mengeluarkan peraturan akhir sementara yang menetapkan kontrol ekspor baru pada empat teknologi yang memenuhi kriteria untuk teknologi baru dan mendasar, termasuk: gate-all-around (GAA ) teknologi, perangkat lunak otomasi desain elektronik (EDA), teknologi pembakaran gain tekanan (PGC), dan dua substrat semikonduktor celah pita ultra lebar, galium oksida dan intan. Dua kontrol ekspor mulai berlaku pada 15 Agustus. Ga2O3 telah menarik lebih banyak perhatian dari penelitian ilmiah global dan kalangan industri.

Meskipun galium oksida masih dalam tahap awal R&D, China telah membuat beberapa terobosan dalam 15 bulan sejak awal tahun 2022. Teknologi persiapan galium oksidanya — dari 2 inci menjadi 6 inci pada tahun 2022, dan kemudian menjadi 8 inci paling banyak baru-baru ini - jatuh tempo. Bahasa Cina Ga2O3 unit penelitian material meliputi: China Electronics Technology Group Corporation No.46 Research Institute (CETC46), Semikonduktor Evolusia, Institut Optik dan Mekanika Halus Shanghai (SIOM), Teknologi Keluarga Gallium, Semikonduktor MIG Beijing, dan Industri Fujia Gallium; perusahaan terdaftar seperti Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material dan San'an Optoelectronics; serta puluhan perguruan tinggi dan universitas.

Tags: Elektronik daya

Kunjungi: www.researchinchina.com

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml