Komercjalizacja 800V dla pojazdów elektrycznych odegra kluczową rolę w strategii rozwoju OEM

Komercjalizacja 800V dla pojazdów elektrycznych odegra kluczową rolę w strategii rozwoju OEM

Znacznik czasu: 27 kwietnia 2023 5:57
Węzeł źródłowy: 2613233

News: Microelectronics

27 kwietnia 2023

Wraz z rozwojem nowych pojazdów energetycznych i technologii akumulatorów ładowanie i wymiana akumulatorów w łańcuchu przemysłowym stały się słabymi ogniwami rozwoju nowych pojazdów energetycznych. Niewygodne ładowanie i krótki zasięg stały się drażliwymi punktami, które nękają każdego konsumenta kupującego pojazdy elektryczne.

W tym kontekście ładowanie wysokonapięciowe 800 V dla nowych pojazdów energetycznych było w centrum uwagi, zauważa „Raport z badań platformy wysokiego napięcia 800 V, 2023”, sporządzony przez Research In China. Rok 2022 był pierwszym rokiem rozwoju platform wysokiego napięcia 800 V w Chinach. W szczególności duża liczba modeli platform wysokiego napięcia 800 V trafi do sprzedaży w latach 2023–2024.

Na obecnym etapie platformy 800 V wciąż stoją w obliczu sytuacji „głośnego grzmotu, ale małych kropel deszczu”. Dane ubezpieczeniowe pokazują, że ubezpieczonych pojazdów z platformami 800 V w Chinach nadal było mniej niż 10,000 2022 sztuk w 800 r. Niskie koszty i słabe wrażenia z ultraszybkiego ładowania oferowane przez modele XNUMX V to główne wady krytykowane przez konsumentów.

Boom w branży nadal wymaga niższych kosztów materiałów i systemów upstream oraz stopniowego wdrażania stosów ultraszybkiego ładowania 480kW/500kW downstream, aby objąć kluczowe scenariusze użytkowania, tak aby modele 800V mogły zostać wciągnięte do węzła eksplozji rynku, który ma nadejść około 2024 r., zgodnie z planami dużych producentów samochodów.

Wdrożenie ultraszybkiego ładowania 800 V:

  • Xpeng: w przypadku dziesięciu miast z największą liczbą zamówień na G9 skoncentruj się na budowie ultraszybkich stacji ładowania S4. W 2023 r. stacje S4 będą wykorzystywane do uzupełniania energii w kluczowych miastach i wzdłuż kluczowych autostrad; szacuje się, że w 2025 roku, oprócz obecnych 1000 samoobsługowych stacji ładowania, Xpeng zbuduje kolejne 2000 ultraszybkich stacji ładowania.
  • GAC: w 2021 roku GAC wprowadził stos szybkiego ładowania o maksymalnej mocy ładowania do 480 kW. Przewiduje się, że w 2025 roku w 2000 miastach w całych Chinach powstanie 300 stacji doładowania.
  • NIO: w grudniu 2022 roku NIO oficjalnie wypuściło stos ultraszybkiego ładowania o mocy 500 kW z maksymalnym prądem 660 A obsługującym ładowanie o dużej mocy. Najszybszy czas ładowania dla modeli 400V to tylko 20 minut; w przypadku modeli 800 V najszybsze ładowanie od 10% do 80% zajmuje 12 minut.
  • Li Auto: w 2023 roku Li Auto rozpoczęło budowę słupów wysokiego napięcia 800 V w Guangdong, a jej celem jest zbudowanie 3000 stacji doładowania w 2025 roku.
  • Huawei: w marcu 2023 r. w bazie Huawei na Bantian Street w Shenzhen pojawił się zestaw doładowań o mocy 600 kW przeznaczony wyłącznie dla AITO. Ten stos ładowania, nazwany FusionCharge DC Supercharging Terminal, przyjmuje konstrukcję z pojedynczym stosem i pojedynczym pistoletem. Producentem jest Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Jego wymiary zewnętrzne to 295 mm (dł.) x 340 mm (szer.) x 1700 mm (wys.), a model produktu to DT600L1-CNA1. Stos ładujący ma zakres napięcia wyjściowego 200–1000 V, maksymalny prąd wyjściowy 600 A, maksymalną moc wyjściową 600 kW i chłodzenie cieczą.

Ze względu na wysoki koszt budowy stosów ultraszybkiego ładowania o mocy 480 kW, stacja ultraszybkiego ładowania jest wyposażona w jeden lub dwa stosy doładowania o mocy 480 kW i kilka stosów szybkiego ładowania o mocy 240 kW oraz zapewnia dynamiczną dystrybucję mocy. Ogólnie rzecz biorąc, zgodnie z planami producentów samochodów, można sobie wyobrazić, że pod koniec 2027 r. liczba modeli platform wysokiego napięcia 800 V osiągnie 3 miliony sztuk; liczba stacji doładowania 800 V wyniesie 15,000–20,000 tys.; liczba stosów doładowania 480/500 kW przekroczy 30,000 XNUMX.

Oprócz stosów ładowania, w ewolucji architektury od 400 V do 800 V, implementacja inżynierii pojazdów również pozostaje bardzo skomplikowana. Wymaga jednoczesnego wprowadzenia całego systemu obejmującego elementy półprzewodnikowe i moduły baterii do pojazdów elektrycznych, stosów ładowania i sieci ładowania oraz stawia wyższe wymagania dotyczące niezawodności, wielkości i parametrów elektrycznych złączy. Wymaga to również ulepszeń technologicznych w zakresie parametrów mechanicznych, elektrycznych i środowiskowych.

Dostawcy poziomu 1 ścigają się, by zaprezentować komponenty 800 V. Większość nowych produktów będzie dostępna w latach 2023-2024

Technologia Leadrive: w 2022 roku pierwszy elektryczny układ napędowy typu „trzy w jednym” na bazie węglika krzemu (SiC), opracowany wspólnie przez Leadrive Technology i SAIC Volkswagen, wszedł do produkcji próbnej i zadebiutował na forum Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Przetestowany przez firmę SAIC Volkswagen, ten system „trzy w jednym” wyposażony w ECU z węglika krzemu firmy Leadrive Technology może zwiększyć zasięg przelotowy modelu ID.4X o co najmniej 4.5%. Ponadto Leadrive i Schaeffler wspólnie opracują produkty do montażu napędu elektrycznego, w tym oś elektryczną SiC 800 V.

Vitesco Technologies: wysoce zintegrowany system napędu elektrycznego EMR4 ma być produkowany masowo w Chinach i dostarczany klientom na całym świecie w 2023 r. EMR4 powstanie w fabryce Vitesco w Obszarze Rozwoju Gospodarczo-Technologicznego Tianjin i będzie dostarczany producentom samochodów zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. poza Chinami.

BorgWarner: nowy falownik SiC 800 V wykorzystuje opatentowaną przez Viper technologię modułów mocy. Zastosowanie modułów zasilających SiC w platformach 800 V ogranicza użycie półprzewodników i materiałów SiC. Ten produkt będzie produkowany masowo i montowany w pojazdach w latach 2023-2024.

800V wciąż zyskuje na popularności, ale walka o zdolność produkcyjną SiC już się rozpoczęła

W nowych architekturach 800 V kluczem do technologii napędów elektrycznych jest wykorzystanie elementów półprzewodnikowych SiC/GaN „trzeciej generacji”. Przynosząc korzyści techniczne nowym pojazdom energetycznym, iteracje technologiczne stanowią również wiele wyzwań dla półprzewodników samochodowych i całego łańcucha dostaw. W przyszłości układy wysokiego napięcia 800 V z rdzeniem SiC/GaN zapoczątkują okres rozwoju na dużą skalę samochodowych układów napędowych, elektronicznych układów sterowania, pokładowych ładowarek (OBC), DC-DC i off-roadowych. - stosy ładujące deskę.

W szczególności węglik krzemu jest podstawą strategii platform wysokiego napięcia producentów OEM. Chociaż obecnie napięcie 800 V wciąż rośnie, wojna o moce produkcyjne SiC już się rozpoczęła. Producenci OEM i dostawcy poziomu 1 konkurują o tworzenie strategicznych partnerstw z dostawcami układów scalonych i modułów SiC lub zakładanie z nimi spółek joint venture w celu produkcji modułów SiC w celu zablokowania zdolności produkcyjnych układów scalonych SiC.

Z drugiej strony ruszyła też kampania na rzecz redukcji kosztów SiC. Obecnie urządzenia zasilające SiC są niezwykle drogie. W przypadku Tesli wartość tranzystora MOSFET opartego na SiC na pojazd wynosi około 1300 USD; podczas niedawnego dorocznego dnia inwestorów Tesla ogłosiła postępy w rozwoju platformy chipów zasilających drugiej generacji, wspominając o zmniejszeniu zużycia urządzeń z węglika krzemu o 75%, co przyciągnęło wiele uwagi na rynku.

Zaufanie Tesli polega na tym, że producent samochodów niezależnie opracował moduł TPAK SiC MOSFET i jest głęboko zaangażowany w definiowanie i projektowanie chipów. Każda goła matryca w TPAK może być zakupiona od różnych dostawców chipów w celu ustanowienia systemu obejmującego wielu dostawców (ST, ON Semiconductor itp.). TPAK pozwala również na zastosowanie platform cross-materiałowych, np. mieszane wykorzystanie tranzystorów IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT.

(1) Chiny zbudowały łańcuch przemysłowy SiC, ale z poziomem technologicznym nieco poniżej poziomu międzynarodowego

Urządzenia zasilające oparte na SiC oferują zalety wysokiej częstotliwości, wysokiej wydajności i małej objętości (70% lub 80% mniejsze niż urządzenia zasilające IGBT) i zostały zaobserwowane w modelu Tesla 3.

Z perspektywy łańcucha wartości podłoża stanowią ponad 45% kosztów urządzeń z węglika krzemu, a ich jakość bezpośrednio wpływa również na wydajność epitaksji i produkt końcowy. Substrat i epitaksja stanowią prawie 70% wartości, więc obniżenie ich kosztów będzie głównym kierunkiem rozwoju przemysłu SiC. Węglik krzemu wymagany do wysokiego napięcia (800 V) w nowych pojazdach energetycznych to głównie przewodzący kryształ SiC. Istniejący główni producenci to Wolfspeed (dawniej Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor i SICC.

Jeśli chodzi o globalny rozwój technologii SiC, rynek urządzeń SiC jest zmonopolizowany przez dużych dostawców, takich jak STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed i ROHM. Chińscy sprzedawcy mają już moce produkcyjne na dużą skalę i są na równi z rozwojem międzynarodowym. Ich planowanie mocy produkcyjnych i harmonogram produkcji są prawie takie same jak ich zagranicznych odpowiedników.

Jeśli chodzi o poziom rozwoju podłoża SiC, obecnie na rynku SiC dominują podłoża 6-calowe, a 8-calowe podłoże SiC jest priorytetem rozwojowym na całym świecie. Obecnie tylko Wolfspeed osiągnął masową produkcję 8-calowych SiC. Chińska firma SEMISiC wyprodukowała 8-calowe polerowane płytki SiC typu N na małą skalę w styczniu 2022 roku. Większość międzynarodowych firm planuje produkcję 8-calowych podłoży SiC w 2023 roku.

(2) Azotek galu (GaN) wciąż znajduje się na wczesnym etapie zastosowań w motoryzacji, a tempo projektowania powiązanych producentów przyspiesza

Azotek galu (GaN) jest szeroko stosowany w elektronice użytkowej, takiej jak tablety, słuchawki douszne TWS i szybkie ładowanie komputerów przenośnych (PD). Jednak wraz z rozwojem nowych pojazdów energetycznych pojazdy elektryczne stają się potencjalnym rynkiem zastosowań GaN. W pojazdach elektrycznych tranzystory polowe GaN (FET) mają bardzo duże zastosowanie w OBC AC-DC, wysokonapięciowych (HV) na niskonapięciowe (LV) przetwornice DC-DC i niskonapięciowych przetwornic DC-DC.

W dziedzinie pojazdów elektrycznych technologie GaN i SiC wzajemnie się uzupełniają i obejmują różne zakresy napięć. Urządzenia GaN są odpowiednie dla napięć od dziesiątek do setek woltów oraz w zastosowaniach średniego i niskiego napięcia (poniżej 1200 V); ich strata przełączania jest trzykrotnie mniejsza niż SiC w aplikacji 650V. SiC jest bardziej odpowiedni do wysokich napięć (kilka tysięcy woltów). Obecnie zastosowanie urządzeń SiC w środowisku 650V ma na celu głównie umożliwienie napięcia 1200V lub wyższego w pojazdach elektrycznych.

Chiny nadal mają dużą lukę w stosunku do zagranicznych odpowiedników w rozwoju Ga2O3i nie osiągnął jeszcze masowej produkcji

Ze względu na duże pasmo wzbronione energii, wysoką siłę pola przebicia i dużą odporność na promieniowanie, tlenek galu (Ga2O3) ma w przyszłości dominować w dziedzinie energoelektroniki. W porównaniu ze zwykłymi półprzewodnikami SiC/GaN z szerokim pasmem wzbronionym, Ga2O3 może poszczycić się wyższą wartością Baliga i niższymi oczekiwanymi kosztami wzrostu, a także ma większy potencjał w zastosowaniach do urządzeń elektronicznych wysokiego napięcia, dużej mocy, wysokiej wydajności i małych rozmiarów.

Z punktu widzenia polityki Chiny zwracają również coraz większą uwagę na Ga2O3. Już w 2018 roku Chiny zaczęły badać i badać materiały półprzewodnikowe o ultraszerokim paśmie wzbronionym, w tym Ga2O3, diament i azotek boru. W 2022 roku chińskie Ministerstwo Nauki i Technologii przyniosło Ga2O3 do Krajowego Kluczowego Programu B+R w okresie „14 Planu Pięcioletniego”.

W dniu 12 sierpnia 2022 r. Biuro Przemysłu i Bezpieczeństwa (BIS) Departamentu Handlu Stanów Zjednoczonych wydało tymczasową ostateczną zasadę ustanawiającą nowe kontrole eksportu czterech technologii, które spełniają kryteria nowych i fundamentalnych technologii, w tym: ), oprogramowanie do automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA), technologię spalania ze wzmocnieniem ciśnieniowym (PGC) oraz dwa podłoża półprzewodnikowe o ultraszerokim paśmie wzbronionym, tlenek galu i diament. Dwie kontrole eksportu weszły w życie 15 sierpnia. Ga2O3 zwróciła większą uwagę światowych środowisk naukowych i przemysłowych.

Chociaż tlenek galu wciąż znajduje się na początkowym etapie prac badawczo-rozwojowych, w ciągu 15 miesięcy od początku 2022 r. Chiny dokonały kilku przełomowych odkryć. ostatnio — dojrzewają. Chiński Ga2O3 jednostki badań materiałowych obejmują: 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 i Fujia Gallium Industry; spółki giełdowe, takie jak Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material i San'an Optoelectronics; a także dziesiątki szkół wyższych i uniwersytetów.

tagi: Elektronika energetyczna

Odwiedź: www.researchinchina.com

Znak czasu:

Więcej z Półprzewodniki dzisiaj