Komercializacija 800 V za električna vozila bo igrala ključno vlogo v strategiji rasti proizvajalcev originalne opreme

Komercializacija 800 V za električna vozila bo igrala ključno vlogo v strategiji rasti proizvajalcev originalne opreme

Časovni žig: 27. april 2023 5
Izvorno vozlišče: 2613233

Novice: Microelectronics

27 april 2023

Z razcvetom novih energetskih vozil in tehnologije baterij sta polnjenje in zamenjava baterij v industrijski verigi postala šibka člena za razvoj novih energetskih vozil. Neprimerno polnjenje in kratek doseg sta postali boleči točki, ki pestita vsakega potrošnika, ki kupuje električna vozila.

V tem kontekstu je bilo visokonapetostno polnjenje 800 V za nova energetska vozila v središču pozornosti, ugotavlja raziskovalno poročilo o platformi visoke napetosti 800 V, 2023, ki ga je pripravilo podjetje Research In China. Leto 2022 je bilo prvo leto za razvoj 800 V visokonapetostnih platform na Kitajskem. Zlasti veliko število modelov visokonapetostne platforme 800 V bo šlo v prodajo v letih 2023–2024.

V trenutni fazi se 800-voltne platforme še vedno soočajo s situacijo "glasnega grmenja, a majhnih dežnih kapljic". Zavarovalniški podatki kažejo, da je bilo zavarovanih vozil s platformami 800 V na Kitajskem leta 10,000 še vedno manj kot 2022 enot. Nizka cena in slaba izkušnja ultra hitrega polnjenja, ki jo ponujajo modeli 800 V, sta glavni pomanjkljivosti, ki ju kritizirajo potrošniki.

Industrijski razcvet še vedno zahteva nižje stroške nabavnih materialov in sistemov ter postopno uvajanje nadaljnjih 480kW/500kW ultrahitrih polnilnih pilotov za pokrivanje ključnih scenarijev uporabe, tako da je mogoče 800V modele potegnili v tržno eksplozivno vozlišče, ki naj bi prišlo okoli leta 2024, po načrtih velikih avtomobilskih proizvajalcev.

Uvedba ultra hitrega polnjenja 800 V:

  • Xpeng: za prvih deset mest po naročilih za G9 se osredotočite na gradnjo ultrahitrih polnilnih postaj S4. Leta 2023 bodo postaje S4 uporabljene za zagotavljanje oskrbe z energijo v ključnih mestih in ob ključnih avtocestah; Ocenjuje se, da bo Xpeng leta 2025 poleg trenutnih 1000 polnilnih postaj, ki jih upravlja sam, zgradil še 2000 ultrahitrih polnilnih postaj.
  • GAC: leta 2021 je GAC predstavil kupček za hitro polnjenje z največjo močjo polnjenja do 480kW. Predvideva se, da bo leta 2025 zgrajenih 2000 polnilnih postaj v 300 mestih po vsej Kitajski.
  • NIO: decembra 2022 je NIO uradno izdal 500kW ultrahitro polnilno skupino z največjim tokom 660A, ki podpira visokozmogljivo polnjenje. Najhitrejši čas polnjenja za modele 400 V je samo 20 minut; pri modelih 800 V najhitrejše polnjenje z 10 % na 80 % traja 12 minut.
  • Li Auto: leta 2023 je Li Auto začel z gradnjo 800 V visokonapetostnih polnilnih pilotov v Guangdongu, njegov cilj pa je leta 3000 zgraditi 2025 polnilnih postaj.
  • Huawei: marca 2023 je v bazi Huawei na ulici Bantian v Shenzhenu izšel kup 600 kW superpolnilnikov, ekskluzivno za AITO. Ta polnilni kup, imenovan FusionCharge DC Supercharging Terminal, ima zasnovo z enim kupom in enojno pištolo. Proizvajalec je Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Njegove zunanje mere so 295 mm (D) x 340 mm (Š) x 1700 mm (V), model izdelka pa je DT600L1-CNA1. Polnilni kup ima razpon izhodne napetosti 200–1000 V, največji izhodni tok 600 A, največjo izhodno moč 600 kW in tekočinsko hlajenje.

Zaradi visokih stroškov gradnje 480kW ultrahitrih polnilnih pilotov je na splošno ultrahitra polnilna postaja opremljena z enim ali dvema 480kW superpolnilnimi piloti in več 240kW hitrimi polnilnimi piloti ter podpira dinamično distribucijo moči. Na splošno je glede na načrte proizvajalcev avtomobilov možno, da bo konec leta 2027 lastništvo modelov z visokonapetostno platformo 800 V doseglo 3 milijone enot; število polnilnih postaj 800 V bo 15,000–20,000; število 480/500kW kompresorskih pilotov bo preseglo 30,000.

Poleg polnilnih pilotov v razvoju arhitekture od 400 V do 800 V ostaja zelo zapletena tudi izvedba inženiringa vozil. Zahteva hkratno uvedbo celotnega sistema, ki zajema polprevodniške naprave in baterijske module do električnih vozil, polnilnih pilotov in polnilnih omrežij, ter postavlja višje zahteve glede zanesljivosti, velikosti in električne zmogljivosti konektorjev. Prav tako zahteva tehnološke izboljšave mehanske, električne in okoljske učinkovitosti.

Dobavitelji stopnje 1 tekmujejo, da bi razkrili 800-voltne komponente. Večina novih izdelkov bo na voljo v letih 2023–2024

Tehnologija Leadrive: leta 2022 je prvi električni pogonski sistem `tri v enem`, ki temelji na silicijevem karbidu (SiC), ki sta ga skupaj razvila Leadrive Technology in SAIC Volkswagen, šel v poskusno proizvodnjo in bil prvič predstavljen na Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Ta sistem "tri v enem", ki ga je testiral SAIC Volkswagen, opremljen z ECU iz silicijevega karbida Leadrive Technology, lahko poveča doseg modela ID.4X za najmanj 4.5 %. Poleg tega bosta Leadrive in Schaeffler skupaj razvijala izdelke za sklop električnih pogonov, vključno z električno osjo 800 V SiC.

Vitesco Technologies: izdelek z visoko integriranim sistemom električnega pogona EMR4 naj bi se množično proizvajal na Kitajskem in dobavljal globalnim strankam leta 2023. EMR4 bo nastal v tovarni Vitesco na območju gospodarsko-tehnološkega razvoja Tianjin in dostavljen proizvajalcem avtomobilov tako znotraj kot zunaj Kitajske.

BorgWarner: novi 800 V SiC pretvornik sprejme Viperjevo patentirano tehnologijo napajalnega modula. Uporaba napajalnih modulov SiC na platformah 800 V zmanjšuje uporabo polprevodnikov in materialov SiC. Ta izdelek se bo množično proizvajal in vgrajeval v vozila med letoma 2023 in 2024.

800 V je še vedno v porastu, vendar se je boj za proizvodno zmogljivost SiC začel

V novih 800 V arhitekturah je ključ do tehnologije električnega pogona uporaba polprevodniških naprav SiC/GaN 'tretje generacije'. Medtem ko prinašajo tehnične prednosti novim energetskim vozilom, tehnološke ponovitve predstavljajo tudi številne izzive za avtomobilske polprevodnike in celotno dobavno verigo. V prihodnosti bodo 800 V visokonapetostni sistemi s SiC/GaN kot jedrom začeli obdobje obsežnega razvoja v avtomobilskih električnih pogonskih sistemih, elektronskih nadzornih sistemih, vgrajenih polnilnikih (OBC), DC-DC in off -plošče za polnjenje pilotov.

Zlasti silicijev karbid je v središču strategije visokonapetostne platforme proizvajalcev originalne opreme. Čeprav 800V trenutno še raste, se je vojna za proizvodne zmogljivosti SiC že začela. Proizvajalci originalne opreme in dobavitelji prve stopnje tekmujejo za oblikovanje strateških partnerstev z dobavitelji čipov in modulov SiC ali za ustanovitev skupnih podjetij z njimi za proizvodnjo modulov SiC, da bi ohranili zmogljivost čipov SiC.

Po drugi strani pa se je začela tudi kampanja za znižanje stroškov SiC. Trenutno so napajalne naprave SiC izjemno drage. V primeru Tesle je vrednost MOSFET na osnovi SiC na vozilo približno 1300 $; Tesla je na svojem nedavnem letnem dnevu vlagateljev objavila napredek pri razvoju svoje platforme močnostnih čipov druge generacije in omenila 75-odstotno zmanjšanje uporabe naprav iz silicijevega karbida, kar je pritegnilo veliko pozornosti na trgu.

Teslino zaupanje je v dejstvu, da je proizvajalec avtomobilov neodvisno razvil modul TPAK SiC MOSFET in je globoko vpleten v definicijo in oblikovanje čipov. Vsako golo matrico v TPAK je mogoče kupiti pri različnih prodajalcih čipov za vzpostavitev sistema z več dobavitelji (ST, ON Semiconductor itd.). TPAK omogoča tudi uporabo platform za različne materiale, npr. mešano uporabo IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT.

(1) Kitajska je zgradila industrijsko verigo SiC, vendar s tehnološko ravnjo nekoliko pod mednarodno ravnjo

Napajalne naprave, ki temeljijo na SiC, ponujajo prednosti visoke frekvence, visoke učinkovitosti in majhne prostornine (70 % ali 80 % manjše od napajalnih naprav IGBT) in so bile vidne v Tesla Model 3.

Z vidika vrednostne verige substrati predstavljajo več kot 45 % stroškov naprav iz silicijevega karbida, njihova kakovost pa neposredno vpliva tudi na učinkovitost epitaksije in končnega izdelka. Substrat in epitaksija predstavljata skoraj 70 % vrednosti, zato bo zniževanje njunih stroškov glavna razvojna usmeritev industrije SiC. Silicijev karbid, potreben za visoko napetost (800 V) za nova energetska vozila, je v glavnem prevodni substrat SiC kristal. Med obstoječimi večjimi proizvajalci so Wolfspeed (prej Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor in SICC.

Kar zadeva globalni razvoj tehnologije SiC, trg naprav SiC monopolizirajo veliki prodajalci, kot so STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed in ROHM. Kitajski prodajalci že imajo obsežne proizvodne zmogljivosti in so na ravni mednarodnega razvoja. Njihovo načrtovanje zmogljivosti in časovni okvir proizvodnje sta skoraj enaka tujim vrstnikom.

Kar zadeva stopnjo razvoja substrata SiC, na trgu SiC trenutno prevladujejo 6-palčni substrati, 8-palčni substrat SiC pa je razvojna prioriteta na svetovni ravni. Trenutno je samo Wolfspeed dosegel množično proizvodnjo 8-palčnega SiC. Kitajsko podjetje SEMISiC je januarja 8 proizvedlo 2022-palčne polirane rezine SiC tipa N v majhnem obsegu. Večina mednarodnih podjetij načrtuje proizvodnjo 8-palčnih substratov SiC v letu 2023.

(2) Galijev nitrid (GaN) je še vedno v zgodnji fazi uporabe v avtomobilski industriji in tempo postavitve sorodnih proizvajalcev se pospešuje

Galijev nitrid (GaN) se v veliki meri uporablja na področjih potrošniške elektronike, kot so tablični računalniki, ušesne slušalke TWS in hitro polnjenje prenosnih računalnikov (PD). Vendar, ko nova energetska vozila uspevajo, električna vozila postanejo potencialni trg aplikacij za GaN. V električnih vozilih so GaN tranzistorji na učinku polja (FET) zelo uporabni za AC-DC OBC, visokonapetostne (HV) v nizkonapetostne (LV) DC-DC pretvornike in nizkonapetostne DC-DC pretvornike.

Na področju električnih vozil se GaN in SiC tehnologiji dopolnjujeta in pokrivata različna napetostna območja. Naprave GaN so primerne za desetine voltov do stotine voltov ter za srednje in nizkonapetostne aplikacije (manj kot 1200 V); njihova preklopna izguba je trikrat manjša od SiC pri uporabi 650 V. SiC je bolj uporaben za visoke napetosti (nekaj tisoč voltov). Trenutno je uporaba naprav SiC v okolju 650 V večinoma namenjena omogočanju 1200 V ali višje napetosti v električnih vozilih.

Kitajska ima še vedno velik zaostanek za tujimi kolegi v razvoju Ga2O3, in še ni dosegel množične proizvodnje

Zaradi velikega energijskega pasovnega razmika, visoke prebojne poljske jakosti in močne odpornosti proti sevanju je galijev oksid (Ga2O3) naj bi v prihodnosti prevladoval na področju močnostne elektronike. V primerjavi z običajnimi širokopasovnimi polprevodniki SiC/GaN, Ga2O3 ponaša se z višjo vrednostjo Baliga in nižjimi pričakovanimi stroški rasti ter ima več potenciala pri uporabi pri visokonapetostnih, visokozmogljivih, visoko učinkovitih in majhnih elektronskih napravah.

Z vidika politike tudi Kitajska vedno več pozornosti posveča Gaju2O3. Kitajska je že leta 2018 začela raziskovati in preučevati polprevodniške materiale z ultra širokim pasovnim presledkom, vključno z Ga2O3, diamant in borov nitrid. Leta 2022 je kitajsko ministrstvo za znanost in tehnologijo Ga2O3 v nacionalni ključni program raziskav in razvoja v obdobju '14. petletke'.

12. avgusta 2022 je Urad za industrijo in varnost (BIS) Ministrstva za trgovino ZDA izdal začasno končno pravilo, ki vzpostavlja nov nadzor izvoza štirih tehnologij, ki izpolnjujejo merila za nastajajoče in temeljne tehnologije, vključno z: gate-all-around (GAA ) tehnologijo, programsko opremo za avtomatizacijo elektronskega načrtovanja (EDA), tehnologijo zgorevanja s povečanjem tlaka (PGC) in dve polprevodniški substrati z ultra širokim pasovnim presledkom, galijev oksid in diamant. Oba nadzora izvoza sta začela veljati 15. avgusta. Ga2O3 pritegnila večjo pozornost svetovnih znanstvenoraziskovalnih in industrijskih krogov.

Čeprav je galijev oksid še vedno na začetni stopnji raziskav in razvoja, je Kitajska v 15 mesecih od začetka leta 2022 naredila več prebojev. Njene tehnologije za pripravo galijevega oksida – z 2-palčnih na 6-palčne leta 2022 in nato na večino 8-palčnih nedavno - zorijo. Kitajski Ga2O3 enote za raziskovanje materialov vključujejo: raziskovalni inštitut China Electronics Technology Group Corporation št. 46 (CETC46), Evolusia Semiconductor, Šanghajski inštitut za optiko in fino mehaniko (SIOM), Gallium Family Technology, Beijing MIG Semiconductor in Fujia Gallium Industry; družbe, ki kotirajo na borzi, kot so Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material in San'an Optoelectronics; kot tudi na desetine visokih šol in univerz.

Tags: Močna elektronika

Obiščite: www.researchinchina.com

Časovni žig:

Več od Polprevodnik danes