מסחור של 800V עבור רכבי EV כדי למלא תפקיד מכריע באסטרטגיית הצמיחה של יצרני OEM

מסחור של 800V עבור רכבי EV כדי למלא תפקיד מכריע באסטרטגיית הצמיחה של יצרני OEM

חותמת זמן: 27 באפריל 2023 5:57
צומת המקור: 2613233

חדשות: מיקרואלקטרוניקה

27 אפריל 2023

ככל שרכבי אנרגיה חדשים וטכנולוגיית סוללות מתפרצות, טעינה והחלפת סוללות בשרשרת התעשייה הפכו לחוליות חלשות לפיתוח רכבי אנרגיה חדשים. טעינה לא נוחה וטווח שיוט קצר הפכו לנקודות כואבות שמציקות לכל צרכן הרוכש רכבים חשמליים.

בהקשר זה, טעינת מתח גבוה של 800V עבור רכבי אנרגיה חדשים הייתה זרקור, מציין 'דוח המחקר של פלטפורמת מתח גבוה של 800V, 2023' של Research In China. 2022 הייתה השנה הראשונה לפיתוח פלטפורמות מתח גבוה של 800V בסין. בפרט, מספר רב של דגמי פלטפורמת מתח גבוה של 800V יוצעו למכירה במהלך 2023–2024.

בשלב הנוכחי, פלטפורמות 800V עדיין מתמודדות עם מצב של "רעם חזק אך טיפות גשם קטנות". נתוני הביטוח מראים שכלי רכב מבוטחים עם פלטפורמות 800V בסין היו עדיין פחות מ-10,000 יחידות בשנת 2022. הביצועים בעלות הנמוכה וחווית הטעינה האולטרה-מהירה הגרועה שמציעים דגמי 800V הם הפגמים העיקריים שאליהם מתחו ביקורת של הצרכנים.

הפריחה בתעשייה עדיין דורשת עלות נמוכה יותר של חומרים ומערכות במעלה הזרם, ופריסה הדרגתית של ערימות טעינה מהירה במיוחד של 480kW/500kW במורד הזרם כדי לכסות תרחישי שימוש מרכזיים, כך שניתן למשוך דגמי 800V לתוך צומת הפיצוץ בשוק שצפוי להיכנס. בערך בשנת 2024, על פי התוכניות של יצרניות רכב גדולות.

פריסת טעינה מהירה במיוחד של 800V:

  • Xpeng: לעשרת הערים המובילות לפי הזמנות ל-G9, התרכזו בבניית תחנות טעינה S4 מהירות במיוחד. בשנת 2023, תחנות S4 ישמשו לספק חידוש אנרגיה בערים מפתח ולאורך כבישים מהירים; ההערכה היא שבשנת 2025, בנוסף ל-1000 עמדות הטעינה המופעלות בעצמן, Xpeng תבנה עוד 2000 עמדות טעינה מהירות במיוחד.
  • GAC: בשנת 2021, GAC הציגה ערימת טעינה מהירה עם הספק טעינה מרבי של עד 480kW. ההערכה היא כי בשנת 2025, 2000 תחנות טעינת-על ייבנו ב-300 ערים ברחבי סין.
  • NIO: בדצמבר 2022, NIO הוציאה רשמית ערימת טעינה מהירה במיוחד של 500kW עם זרם מרבי של 660A התומך בטעינה בהספק גבוה. זמן הטעינה המהיר ביותר עבור דגמי 400V הוא רק 20 דקות; עבור דגמי 800V, הטעינה המהירה ביותר מ-10% ל-80% נמשכת 12 דקות.
  • Li Auto: בשנת 2023 החלה Li Auto בבניית ערימות הטעינה במתח גבוה של 800V בגואנגדונג, ומטרתה היא לבנות 3000 תחנות טעינה ב-2025.
  • Huawei: במרץ 2023, ערימת הטעינה העל של 600 קילוואט בלעדית עבור AITO יצאה בבסיס Huawei ברחוב Bantian, שנזן. ערימת טעינה זו, הנקראת FusionCharge DC Supercharging Terminal, מאמצת עיצוב אקדח יחיד ערימה אחת. היצרן הוא Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. הממדים החיצוניים שלו הם 295 מ"מ (L) x 340 מ"מ (W) x 1700 מ"מ (H), ודגם המוצר הוא DT600L1-CNA1. לערימת הטעינה טווח מתח יציאה של 200–1000V, זרם מוצא מקסימלי של 600A, הספק מרבי של 600kW וקירור נוזלי.

בשל עלות הבנייה הגבוהה של כלונסאות טעינה מהירה במיוחד של 480 קילוואט, באופן כללי, תחנת טעינה מהירה במיוחד מצוידת בערימות טעינה-על של 480 קילוואט בלבד ובמספר ערימות טעינה מהירה של 240 קילוואט, ותומכת בחלוקת כוח דינמית. בסך הכל, על פי התוכניות של יצרניות הרכב, ניתן להעלות על הדעת שבסוף 2027 הבעלות על דגמי פלטפורמות 800V במתח גבוה תגיע ל-3 מיליון יחידות; מספר תחנות הטעינה של 800V יהיה 15,000–20,000; מספר ערימות הטעינה של 480/500 קילוואט יעלה על 30,000.

כמו גם ערימות טעינה, בהתפתחות הארכיטקטורה מ-400V ל-800V, גם היישום של הנדסת רכב נותר מסובך מאוד. זה דורש הכנסה בו-זמנית של מערכת שלמה המשתרעת על התקני מוליכים למחצה ומודולי סוללה לכלי רכב חשמליים, ערימות טעינה ורשתות טעינה, ומציבה דרישות גבוהות יותר לגבי אמינות, גודל וביצועים חשמליים של מחברים. זה גם דורש שיפורים טכנולוגיים בביצועים מכניים, חשמליים וסביבתיים.

ספקי Tier-1 מתחרים לחשוף מוצרי רכיבי 800V. רוב המוצרים החדשים יהיו זמינים במהלך 2023–2024

טכנולוגיית Leadrive: בשנת 2022, מערכת ההנעה החשמלית 'שלושה-ב-אחד' מבוססת סיליקון קרביד (SiC) הראשונה שפותחה במשותף על ידי Leadrive Technology ו-SAIC פולקסווגן נכנסה לייצור ניסוי והופיעה לראשונה בפורום הטכנולוגיה החדשנות של פולקסווגן IVET. נבחנה על ידי SAIC פולקסווגן, מערכת 'שלושה באחד' זו המצוידת ב-ECU סיליקון קרביד של Leadrive Technology יכולה להגדיל את טווח השיוט של דגם ID.4X ב-4.5% לפחות. בנוסף, Leadrive ושאפלר יפתחו יחד מוצרי הרכבה של הנעה חשמלית, כולל ציר חשמלי 800V SiC.

Vitesco Technologies: מוצר מערכת ההנעה החשמלית המשולבת ביותר EMR4 צפוי להיות מיוצר בסין ויסופק ללקוחות גלובליים בשנת 2023. EMR4 יושר במפעל של Vitesco באזור הפיתוח הכלכלי-טכנולוגי של טיאנג'ין ויסופק ליצרני הרכב הן בתוך והן מחוץ לסין.

BorgWarner: מהפך 800V SiC החדש מאמץ את טכנולוגיית מודול הכוח המוגנת בפטנט של Viper. היישום של מודולי כוח SiC לפלטפורמות 800V מפחית את השימוש במוליכים למחצה וחומרי SiC. מוצר זה ייוצר בייצור המוני ויותקן על כלי רכב בין 2023 ל-2024.

800V עדיין בעלייה, אבל הקרב על כושר הייצור של SiC החל

בארכיטקטורות חדשות של 800V, המפתח לטכנולוגיית הנעה חשמלית הוא השימוש בהתקני מוליכים למחצה SiC/GaN של 'דור שלישי'. למרות שהן מביאות יתרונות טכניים לרכבי אנרגיה חדשים, איטרציות טכנולוגיות מציבות גם אתגרים רבים למוליכים למחצה לרכב ולכל שרשרת האספקה. בעתיד, מערכות מתח גבוה של 800V עם SiC/GaN כהליבה יפתחו תקופה של פיתוח בקנה מידה גדול במערכות הנעה חשמליות לרכב, מערכות בקרה אלקטרוניות, מטענים מובנים (OBCs), DC–DC, וכפוף - ערימות טעינה ללוח.

במיוחד, סיליקון קרביד הוא הליבה של אסטרטגיית פלטפורמת המתח הגבוה של יצרני OEM. למרות ש-800V עדיין גדל כיום, המלחמה על כושר הייצור של SiC כבר החלה. יצרני OEM וספקי שכבה 1 מתחרים על יצירת שותפויות אסטרטגיות עם ספקים של שבבי ומודולי SiC או על הקמת מיזמים משותפים איתם לייצור מודולי SiC על מנת לנעול את קיבולת שבבי SiC.

מצד שני, גם הקמפיין להוזלת עלויות SiC יצא לדרך. נכון לעכשיו, התקני כוח SiC הם יקרים ביותר. במקרה של טסלה, הערך של MOSFET מבוסס SiC לכל רכב הוא כ-1300 דולר; ביום המשקיעים השנתי האחרון שלה, טסלה הודיעה על התקדמות בפיתוח פלטפורמת שבבי הכוח מהדור השני שלה, והזכירה ירידה של 75% בשימוש במכשירי סיליקון קרביד, שמשכה תשומת לב רבה בשוק.

הביטחון של טסלה טמון בעובדה שיצרנית הרכב פיתחה באופן עצמאי מודול TPAK SiC MOSFET והיא מעורבת עמוקות בהגדרת השבב ובעיצובו. ניתן לרכוש כל תבנית חשופה ב-TPAK מספקי שבבים שונים כדי להקים מערכת מרובת ספקים (ST, ON Semiconductor וכו'). TPAK מאפשר גם יישום של פלטפורמות חוצות-חומר, למשל שימוש מעורב ב-IGBT/SiC MOSFETs/GaN HEMTs.

(1) סין בנתה שרשרת תעשיית SiC, אך עם רמת טכנולוגיה מעט מתחת לרמה הבינלאומית

התקני כוח המבוססים על SiC מציעים את היתרונות של תדר גבוה, יעילות גבוהה ונפח קטן (70% או 80% קטן יותר ממכשירי כוח IGBT), ונראו בדגם 3 של טסלה.

מנקודת המבט של שרשרת הערך, מצעים מהווים יותר מ-45% מהעלות של מכשירי סיליקון קרביד, ואיכותם משפיעה ישירות על ביצועי האפיטקסיה והמוצר הסופי. המצע והאפיטקסיה מהווים כמעט 70% מהערך, כך שקיצוץ העלות שלהם יהיה כיוון הפיתוח העיקרי של תעשיית ה-SiC. סיליקון קרביד הנדרש עבור מתח גבוה (800V) עבור רכבי אנרגיה חדשים הוא בעיקר גביש SiC מצע מוליך. היצרנים הגדולים הקיימים כוללים את Wolfspeed (לשעבר Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor ו-SICC.

במונחים של פיתוח טכנולוגיית SiC העולמית, שוק מכשירי ה-SiC הוא בעל מונופול על ידי ספקים גדולים כמו STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed ו-ROHM. לספקים סיניים כבר יש כושר ייצור בקנה מידה גדול, והם עומדים בקנה אחד עם ההתפתחויות הבינלאומיות. תכנון הקיבולת והייצור שלהם כמעט שווים לעמיתיהם הזרים.

לגבי רמת הפיתוח של מצע SiC, מצעים בגודל 6 אינץ' שוררים כיום בשוק ה- SiC, ומצע ה- SiC בגודל 8 אינץ' הוא בעדיפות פיתוח ברחבי העולם. נכון לעכשיו, רק Wolfspeed השיגה ייצור המוני של SiC בגודל 8 אינץ'. חברת SEMISiC הסינית ייצרה פרוסות מלוטשות מסוג N מסוג N בקנה מידה קטן בינואר 8. רוב החברות הבינלאומיות מתכננות ייצור של מצעי SiC בגודל 2022 אינץ' במהלך 8.

(2) גליום ניטריד (GaN) עדיין בשלב מוקדם של יישום בתחום הרכב, וקצב הפריסה של יצרנים קשורים מואץ

Gallium Nitride (GaN) משמש בעיקר בתחומי מוצרי אלקטרוניקה כמו מחשבי לוח, אוזניות TWS וטעינה מהירה של מחשבים ניידים (PD). עם זאת, ככל שרכבי אנרגיה חדשים משגשגים, כלי רכב חשמליים הופכים לשוק יישומי פוטנציאלי עבור GaN. בכלי רכב חשמליים, טרנזיסטורי אפקט שדה של GaN (FET) מתאימים מאוד לממירי AC–DC OBC, מתח גבוה (HV) למתח נמוך (LV) DC–DC ממירי DC–DC במתח נמוך.

בתחום הרכב החשמלי, טכנולוגיות GaN ו-SiC משלימות זו את זו ומכסות טווחי מתח שונים. מכשירי GaN מתאימים לעשרות וולט עד מאות וולט, וביישומי מתח בינוני ונמוך (פחות מ-1200V); אובדן המיתוג שלהם קטן פי שלושה מ-SiC ביישום 650V. SiC ישים יותר למתחים גבוהים (כמה אלפי וולט). נכון לעכשיו, היישום של מכשירי SiC בסביבת 650V נועד בעיקר לאפשר מתח של 1200V ומעלה בכלי רכב חשמליים.

לסין עדיין יש פער גדול עם עמיתים זרים בפיתוח Ga2O3, ועדיין לא השיג ייצור המוני

הודות לפער פס אנרגטי גדול, חוזק שדה פירוק גבוה ועמידות חזקה לקרינה, תחמוצת גליום (Ga2O3) צפויה לשלוט בתחום האלקטרוניקה הכוחנית בעתיד. בהשוואה למוליכים למחצה SiC/GaN נפוצים ברווח פס רחב, Ga2O3 מתהדר בנתון ערך גבוה יותר של באליגה ובעלות צמיחה צפויה נמוכה יותר, ויש לו יותר פוטנציאל ביישום למכשירים אלקטרוניים בעלי מתח גבוה, הספק גבוה, יעילות גבוהה וקטנים.

בתקופת המדיניות, סין גם שמה לב יותר ויותר לגאה2O3. כבר בשנת 2018, סין החלה לחקור ולחקור חומרים מוליכים למחצה רחבי פס, כולל Ga2O3, יהלום ובור ניטריד. בשנת 2022, משרד המדע והטכנולוגיה של סין הביא את גא2O3 לתוך התוכנית הלאומית למפתח מו"פ במהלך תקופת 'תוכנית החומש ה-14'.

ב-12 באוגוסט 2022, לשכת התעשייה והביטחון של משרד המסחר האמריקאי (BIS) פרסמה כלל סופי ביניים הקובע בקרות ייצוא חדשות על ארבע טכנולוגיות העומדות בקריטריונים של טכנולוגיות מתפתחות ובסיסיות, כולל: gate-all-around (GAA) ) טכנולוגיה, תוכנת אוטומציה של תכנון אלקטרוני (EDA), טכנולוגיית בעירה בגוון לחץ (PGC), ושני מצעי מוליכים למחצה רחבים במיוחד, גליום אוקסיד ויהלום. שתי בקרות היצוא נכנסו לתוקף ב-15 באוגוסט. גא2O3 משך יותר תשומת לב מחוגי המחקר המדעיים והתעשייה העולמיים.

למרות שגליום אוקסיד עדיין בשלב הראשוני של מו"פ, סין עשתה מספר פריצות דרך בתוך 15 חודשים מתחילת 2022. טכנולוגיות הכנת תחמוצת הגליום שלה - מ-2 אינץ' עד 6 אינץ' ב-2022, ולאחר מכן ל-8 אינץ' רובן לאחרונה - מתבגרים. גאה סינית2O3 יחידות מחקר החומר כוללות: 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, ו-Fujia Gallium Industry; חברות רשומות כמו Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material ו-San'an Optoelectronics; וכן עשרות מכללות ואוניברסיטאות.

תגיות: אלקטרוניקה כוח

בקרו באתר: www.researchinchina.com

בול זמן:

עוד מ מוליכים למחצה היום