เชิงพาณิชย์ของ 800V สำหรับ EVs เพื่อมีบทบาทสำคัญในกลยุทธ์การเติบโตของ OEM

ข่าว: อิเล็กทรอนิคขนาดเล็ก

27 เมษายน 2023

ในขณะที่รถยนต์พลังงานใหม่และเทคโนโลยีแบตเตอรี่กำลังบูม การชาร์จและการแลกเปลี่ยนแบตเตอรี่ในห่วงโซ่อุตสาหกรรมได้กลายเป็นจุดเชื่อมโยงที่อ่อนแอสำหรับการพัฒนารถยนต์พลังงานใหม่ การชาร์จที่ไม่สะดวกและระยะการแล่นที่สั้นได้กลายเป็นปัญหาที่ทำให้ผู้บริโภคทุกรายที่ซื้อรถยนต์ไฟฟ้าเดือดร้อน

ในบริบทนี้ การชาร์จไฟฟ้าแรงสูง 800V สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ถือเป็นจุดสนใจ 'รายงานการวิจัยแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V ปี 2023' โดย Research In China ระบุ ปี 2022 เป็นปีแรกของการพัฒนาแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V ในประเทศจีน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โมเดลแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V จำนวนมากจะวางจำหน่ายในช่วงปี 2023-2024

ในขั้นตอนปัจจุบัน แพลตฟอร์ม 800V ยังคงเผชิญกับสถานการณ์ "ฟ้าร้องดัง แต่เม็ดฝนเล็ก" ข้อมูลการประกันภัยแสดงให้เห็นว่ารถยนต์ที่เอาประกันที่มีแพลตฟอร์ม 800V ในประเทศจีนยังมีจำนวนน้อยกว่า 10,000 คันในปี 2022 ประสิทธิภาพต้นทุนต่ำและประสบการณ์การชาร์จที่รวดเร็วเป็นพิเศษที่นำเสนอโดยรุ่น 800V คือข้อบกพร่องสำคัญที่ผู้บริโภควิพากษ์วิจารณ์

การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยังคงต้องการต้นทุนที่ต่ำลงของวัสดุและระบบต้นทาง และการติดตั้งกองชาร์จแบบเร็วพิเศษขนาด 480kW/500kW แบบดาวน์สตรีมแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อให้ครอบคลุมสถานการณ์การใช้งานหลัก เพื่อให้สามารถดึงรุ่น 800V เข้าสู่โหนดการระเบิดของตลาดที่คาดว่าจะเข้ามา ประมาณปี 2024 ตามแผนของผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่

การใช้งานการชาร์จเร็วพิเศษ 800V:

• Xpeng: สำหรับเมืองสิบอันดับแรกตามคำสั่งของ G9 ให้เน้นไปที่การสร้างสถานีชาร์จความเร็วสูงพิเศษ S4 ในปี 2023 สถานี S4 จะถูกใช้เพื่อเติมพลังงานในเมืองสำคัญและตามทางหลวงสายสำคัญ มีการคาดการณ์ว่าในปี 2025 นอกเหนือจากสถานีชาร์จที่ดำเนินการเองในปัจจุบัน 1000 แห่ง Xpeng จะสร้างสถานีชาร์จความเร็วสูงพิเศษอีก 2000 แห่ง
• GAC: ในปี 2021 GAC ได้เปิดตัวกองชาร์จเร็วที่มีกำลังการชาร์จสูงสุดถึง 480kW มีการคาดการณ์ว่าในปี 2025 สถานีซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ 2000 แห่งจะถูกสร้างขึ้นใน 300 เมืองทั่วประเทศจีน
• NIO: ในเดือนธันวาคม 2022 NIO ได้เปิดตัวแท่นชาร์จความเร็วสูงพิเศษขนาด 500kW อย่างเป็นทางการพร้อมกระแสไฟสูงสุด 660A รองรับการชาร์จพลังงานสูง เวลาในการชาร์จที่เร็วที่สุดสำหรับรุ่น 400V คือ 20 นาทีเท่านั้น; สำหรับรุ่น 800V การชาร์จเร็วที่สุดจาก 10% ถึง 80% ใช้เวลา 12 นาที
• Li Auto: ในปี 2023 Li Auto ได้เริ่มสร้างเสาอัดบรรจุอากาศแรงดันสูง 800V ในมณฑลกวางตุ้ง และมีเป้าหมายที่จะสร้างสถานีอัดบรรจุอากาศแรงดันสูง 3000 แห่งในปี 2025
• Huawei: ในเดือนมีนาคม 2023 กองซุปเปอร์ชาร์จขนาด 600kW สำหรับ AITO โดยเฉพาะเปิดตัวในฐาน Huawei บนถนน Bantian เซินเจิ้น แท่นชาร์จนี้มีชื่อว่า FusionCharge DC Supercharging Terminal ใช้การออกแบบปืนกระบอกเดียวแบบกองเดียว ผู้ผลิตคือ Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. ขนาดภายนอกคือ 295 มม. (ยาว) x 340 มม. (กว้าง) x 1700 มม. (สูง) และรุ่นผลิตภัณฑ์คือ DT600L1-CNA1 เสาชาร์จมีช่วงแรงดันเอาต์พุต 200–1000V กระแสเอาต์พุตสูงสุด 600A กำลังเอาต์พุตสูงสุด 600kW และการระบายความร้อนด้วยของเหลว

เนื่องจากต้นทุนการก่อสร้างที่สูงของเสาชาร์จแบบเร็วพิเศษขนาด 480kW โดยทั่วไปแล้ว สถานีชาร์จแบบเร็วพิเศษจะมีเสาแบบอัดบรรจุอากาศขนาด 480kW เพียงหนึ่งหรือสองเสาและเสาแบบชาร์จเร็วขนาด 240kW หลายเสา และรองรับการจ่ายพลังงานแบบไดนามิก โดยรวมแล้ว ตามแผนของผู้ผลิตรถยนต์ เป็นไปได้ว่าในปลายปี 2027 การเป็นเจ้าของรุ่นแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V จะสูงถึง 3 ล้านคัน จำนวนสถานีอัดบรรจุอากาศ 800V จะอยู่ที่ 15,000–20,000; จำนวนกองซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ 480/500kW จะเกิน 30,000

เช่นเดียวกับเสาชาร์จ ในวิวัฒนาการของสถาปัตยกรรมจาก 400V ถึง 800V การนำวิศวกรรมยานยนต์มาใช้ยังคงซับซ้อนมาก จำเป็นต้องมีการแนะนำระบบทั้งหมดพร้อมกัน ซึ่งครอบคลุมถึงอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และโมดูลแบตเตอรี่ ไปจนถึงยานพาหนะไฟฟ้า แท่นชาร์จ และเครือข่ายการชาร์จ และทำให้เกิดความต้องการที่สูงขึ้นในด้านความน่าเชื่อถือ ขนาด และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของตัวเชื่อมต่อ นอกจากนี้ยังต้องมีการปรับปรุงเทคโนโลยีในด้านสมรรถนะทางกล ไฟฟ้า และสิ่งแวดล้อม

ซัพพลายเออร์ระดับ Tier-1 แข่งขันกันเพื่อเปิดตัวผลิตภัณฑ์ส่วนประกอบ 800V ผลิตภัณฑ์ใหม่ส่วนใหญ่จะวางจำหน่ายระหว่างปี 2023-2024

Leadrive Technology: ในปี 2022 ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบ 'สามในหนึ่งเดียว' ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) รุ่นแรกที่พัฒนาร่วมกันโดย Leadrive Technology และ SAIC Volkswagen เข้าสู่การทดลองผลิตและเปิดตัวที่งาน Volkswagen IVET Innovation Technology Forum ทดสอบโดย SAIC Volkswagen ระบบ 'สามในหนึ่งเดียว' ที่ติดตั้ง ECU ซิลิคอนคาร์ไบด์ของ Leadrive Technology สามารถเพิ่มระยะการแล่นของรุ่น ID.4X ได้อย่างน้อย 4.5% นอกจากนี้ Leadrive และ Schaeffler จะร่วมกันพัฒนาผลิตภัณฑ์ประกอบไดรฟ์ไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงเพลาไฟฟ้า SiC 800V

Vitesco Technologies: ผลิตภัณฑ์ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบครบวงจร EMR4 คาดว่าจะผลิตจำนวนมากในประเทศจีนและจำหน่ายให้กับลูกค้าทั่วโลกในปี 2023 EMR4 จะถูกวางไข่ที่โรงงานของ Vitesco ในเขตพัฒนาเศรษฐกิจเทคโนโลยีเทียนจินและส่งมอบให้กับผู้ผลิตรถยนต์ทั้งภายในและภายนอก นอกประเทศจีน

BorgWarner: อินเวอร์เตอร์ SiC 800V ใหม่ใช้เทคโนโลยีโมดูลพลังงานที่จดสิทธิบัตรของ Viper การใช้โมดูลพลังงาน SiC กับแพลตฟอร์ม 800V ช่วยลดการใช้เซมิคอนดักเตอร์และวัสดุ SiC ผลิตภัณฑ์นี้จะถูกผลิตจำนวนมากและติดตั้งในรถยนต์ระหว่างปี 2023 ถึง 2024

800V ยังอยู่ในระดับสูง แต่การต่อสู้เพื่อกำลังการผลิต SiC ได้เริ่มขึ้นแล้ว

ในสถาปัตยกรรม 800V ใหม่ กุญแจสำคัญของเทคโนโลยีไดรฟ์ไฟฟ้าคือการใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SiC/GaN 'รุ่นที่สาม' ในขณะที่นำประโยชน์ทางเทคนิคมาสู่รถยนต์พลังงานใหม่ การทำซ้ำเทคโนโลยียังก่อให้เกิดความท้าทายมากมายต่อเซมิคอนดักเตอร์ยานยนต์และห่วงโซ่อุปทานทั้งหมด ในอนาคต ระบบไฟฟ้าแรงสูง 800V ที่มี SiC/GaN เป็นแกนหลักจะนำไปสู่การพัฒนาขนาดใหญ่ในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ายานยนต์ ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชาร์จออนบอร์ด (OBC) DC-DC และปิด - กองชาร์จบอร์ด

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นแกนหลักของกลยุทธ์แพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูงของ OEM แม้ว่า 800V จะยังคงเติบโตในปัจจุบัน แต่สงครามเพื่อกำลังการผลิต SiC ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว OEM และซัพพลายเออร์ระดับ 1 กำลังแข่งขันกันเพื่อสร้างพันธมิตรเชิงกลยุทธ์กับซัพพลายเออร์ของชิปและโมดูล SiC หรือจัดตั้งบริษัทร่วมทุนกับพวกเขาเพื่อผลิตโมดูล SiC เพื่อจำกัดความจุของชิป SiC

ในทางกลับกัน แคมเปญเพื่อลดต้นทุน SiC ก็เปิดตัวเช่นกัน ในปัจจุบันอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC มีราคาแพงมาก ในกรณีของ Tesla มูลค่าของ MOSFET ที่ใช้ SiC ต่อคันอยู่ที่ประมาณ 1300 ดอลลาร์ ในวันนักลงทุนประจำปีล่าสุด Tesla ประกาศความคืบหน้าในการพัฒนาแพลตฟอร์มชิปพลังงานรุ่นที่สอง โดยกล่าวถึงการลดการใช้อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ลง 75% ซึ่งดึงดูดความสนใจอย่างมากในตลาด

ความมั่นใจของ Tesla อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าผู้ผลิตรถยนต์รายนี้ได้พัฒนาโมดูล TPAK SiC MOSFET อย่างอิสระ และมีส่วนร่วมอย่างลึกซึ้งกับคำนิยามและการออกแบบชิป Bare Die แต่ละอันใน TPAK สามารถซื้อได้จากผู้จำหน่ายชิปหลายรายเพื่อสร้างระบบหลายซัพพลายเออร์ (ST, ON Semiconductor ฯลฯ) TPAK ยังอนุญาตให้มีการประยุกต์ใช้แพลตฟอร์มข้ามวัสดุ เช่น การใช้ IGBT/SiC MOSFETs/GaN HEMT แบบผสม

(1) จีนได้สร้างห่วงโซ่อุตสาหกรรม SiC แต่ด้วยระดับเทคโนโลยีที่ต่ำกว่าระดับสากลเล็กน้อย

อุปกรณ์จ่ายไฟที่ใช้ SiC ให้ประโยชน์จากความถี่สูง ประสิทธิภาพสูง และมีปริมาณน้อย (เล็กกว่าอุปกรณ์จ่ายไฟ IGBT 70% หรือ 80%) และได้รับการพบเห็นใน Tesla Model 3

จากมุมมองของห่วงโซ่คุณค่า ซับสเตรตประกอบด้วยต้นทุนมากกว่า 45% ของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ และคุณภาพยังส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของ epitaxy และผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย วัสดุพิมพ์และ epitaxy มีมูลค่าเกือบ 70% ดังนั้นการลดต้นทุนจะเป็นทิศทางการพัฒนาหลักของอุตสาหกรรม SiC ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่จำเป็นสำหรับไฟฟ้าแรงสูง (800V) สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่คือผลึก SiC ของสารตั้งต้นที่เป็นตัวนำไฟฟ้าเป็นหลัก ผู้ผลิตรายใหญ่ที่มีอยู่ ได้แก่ Wolfspeed (เดิมชื่อ Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor และ SICC

ในแง่ของการพัฒนาเทคโนโลยี SiC ทั่วโลก ตลาดอุปกรณ์ SiC ถูกผูกขาดโดยผู้ค้ารายใหญ่ เช่น STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed และ ROHM ผู้ค้าชาวจีนมีกำลังการผลิตขนาดใหญ่อยู่แล้ว และอยู่ในระดับเดียวกับการพัฒนาระหว่างประเทศ การวางแผนกำลังการผลิตและระยะเวลาในการผลิตเกือบจะเท่ากับคู่แข่งในต่างประเทศ

เกี่ยวกับระดับการพัฒนาวัสดุพิมพ์ SiC ปัจจุบันวัสดุพิมพ์ขนาด 6 นิ้วมีชัยในตลาด SiC และวัสดุพิมพ์ SiC ขนาด 8 นิ้วเป็นลำดับความสำคัญในการพัฒนาทั่วโลก ปัจจุบันมีเพียง Wolfspeed เท่านั้นที่สามารถผลิต SiC ขนาด 8 นิ้วจำนวนมากได้ บริษัท SEMISiC ของจีนได้ผลิตเวเฟอร์ขัดเงา SiC ชนิด N ขนาด 8 นิ้วในขนาดเล็กในเดือนมกราคม 2022 บริษัทระหว่างประเทศส่วนใหญ่วางแผนผลิตวัสดุพิมพ์ SiC ขนาด 8 นิ้วในปี 2023

(2) แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการประยุกต์ใช้ในยานยนต์ และรูปแบบการจัดวางของผู้ผลิตที่เกี่ยวข้องกำลังเร่งตัวขึ้น

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ส่วนใหญ่ใช้ในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น แท็บเล็ตพีซี เอียร์บัด TWS และการชาร์จอย่างรวดเร็วของคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก (PD) อย่างไรก็ตาม ในขณะที่รถยนต์พลังงานใหม่เติบโต รถยนต์ไฟฟ้าก็กลายเป็นตลาดแอพพลิเคชั่นที่มีศักยภาพสำหรับ GaN ในรถยนต์ไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์แบบ GaN (FET) ใช้งานได้ดีมากกับ OBC แบบ AC–DC, ตัวแปลง DC–DC แบบแรงดันสูง (HV) เป็นแรงดันต่ำ (LV) และตัวแปลง DC–DC แบบแรงดันต่ำ

ในด้านยานยนต์ไฟฟ้า เทคโนโลยี GaN และ SiC ช่วยเสริมซึ่งกันและกันและครอบคลุมช่วงแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน อุปกรณ์ GaN เหมาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าหลายสิบโวลต์ถึงหลายร้อยโวลต์ และในการใช้งานแรงดันปานกลางและต่ำ (น้อยกว่า 1200V) การสูญเสียการสลับของพวกเขาน้อยกว่า SiC ในแอปพลิเคชัน 650V ถึงสามเท่า SiC ใช้ได้กับไฟฟ้าแรงสูง (หลายพันโวลต์) มากกว่า ปัจจุบัน การประยุกต์ใช้อุปกรณ์ SiC ในสภาพแวดล้อม 650V ส่วนใหญ่เป็นการเปิดใช้แรงดันไฟฟ้า 1200V หรือสูงกว่าในยานพาหนะไฟฟ้า

จีนยังคงมีช่องว่างขนาดใหญ่กับคู่ค้าต่างประเทศในการพัฒนา Ga2O3และยังไม่บรรลุการผลิตจำนวนมาก

เนื่องจากมีช่องว่างพลังงานขนาดใหญ่ ความแรงของสนามสลายสูง และความต้านทานรังสีที่แข็งแกร่ง แกลเลียมออกไซด์ (Ga2O3) คาดว่าจะครอบงำในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังในอนาคต เมื่อเปรียบเทียบกับเซมิคอนดักเตอร์ SiC/GaN แบบแถบความถี่กว้างทั่วไป Ga2O3 อวดอ้างตัวเลขแห่งคุณธรรมของ Baliga ที่สูงขึ้นและต้นทุนการเติบโตที่คาดว่าจะลดลง และมีศักยภาพมากขึ้นในการประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง กำลังสูง ประสิทธิภาพสูง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก

ในแง่ของนโยบาย จีนยังให้ความสนใจกับ Ga มากขึ้น2O3. ต้นปี 2018 จีนเริ่มสำรวจและศึกษาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ย่านความถี่กว้างพิเศษ รวมถึง Ga2O3เพชรและโบรอนไนไตรด์ ในปี 2022 กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีนได้นำ Ga2O3 เข้าสู่โครงการ R&D ที่สำคัญระดับชาติในช่วง 'แผนห้าปีที่ 14'

เมื่อวันที่ 12 สิงหาคม พ.ศ. 2022 สำนักงานอุตสาหกรรมและความมั่นคงของกระทรวงพาณิชย์สหรัฐ (BIS) ได้ออกกฎขั้นสุดท้ายชั่วคราวที่กำหนดการควบคุมการส่งออกใหม่สำหรับเทคโนโลยีสี่ชนิดที่ตรงตามเกณฑ์สำหรับเทคโนโลยีเกิดใหม่และเทคโนโลยีพื้นฐาน ได้แก่: gate-all-around (GAA ) เทคโนโลยี ซอฟต์แวร์การออกแบบอัตโนมัติแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) เทคโนโลยีการเผาไหม้แบบเพิ่มแรงดัน (PGC) และสารกึ่งตัวนำแถบความถี่กว้างพิเศษสองชนิด ได้แก่ แกลเลียมออกไซด์และเพชร การควบคุมการส่งออกทั้ง 15 ฉบับมีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ XNUMX สิงหาคม กา2O3 ได้รับความสนใจมากขึ้นจากการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั่วโลกและแวดวงอุตสาหกรรม

แม้ว่าแกลเลียมออกไซด์จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการวิจัยและพัฒนา แต่จีนได้สร้างความก้าวหน้าหลายอย่างภายใน 15 เดือนนับตั้งแต่ต้นปี 2022 เทคโนโลยีการเตรียมแกลเลียมออกไซด์ของบริษัท — จาก 2 นิ้วเป็น 6 นิ้วในปี 2022 และจากนั้นเป็น 8 นิ้วมากที่สุด เมื่อเร็ว ๆ นี้ - กำลังสุก ภาษาจีน2O3 หน่วยวิจัยวัสดุประกอบด้วย: 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 และ Fujia Gallium Industry; บริษัทจดทะเบียน เช่น Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material และ San'an Optoelectronics ตลอดจนวิทยาลัยและมหาวิทยาลัยอีกหลายสิบแห่ง

คีย์เวิร์ด: อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

เยี่ยม: www.researchinchina.com

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml