Комерціалізація 800 В для електромобілів відіграє вирішальну роль у стратегії зростання OEM-виробників

Комерціалізація 800 В для електромобілів відіграє вирішальну роль у стратегії зростання OEM-виробників

Мітка часу: 27 квітня 2023 р., 5:57
Вихідний вузол: 2613233

Новини: мікроелектроніка

27 квітня 2023

Оскільки нові енерготранспортні засоби та акумуляторні технології розвиваються, заряджання та заміна акумуляторів у промисловому ланцюзі стали слабкими ланками для розробки нових енерготранспортних засобів. Незручність підзарядки та малий запас ходу стали болючими проблемами кожного споживача, який купує електромобілі.

У цьому контексті високовольтна зарядка 800 В для транспортних засобів з новою енергією була в центрі уваги, зазначається у «Доповіді про дослідження високовольтної платформи 800 В, 2023», проведеній Research In China. 2022 рік став першим роком розробки високовольтних платформ 800 В у Китаї. Зокрема, протягом 800–2023 років у продаж надійде велика кількість моделей високовольтної платформи 2024 В.

На поточному етапі платформи 800 В все ще стикаються з ситуацією «гучний грім, але дрібні краплі дощу». Страхові дані показують, що застрахованих транспортних засобів із платформами 800 В у Китаї все ще було менше 10,000 2022 одиниць у 800 році. Низька вартість і низька надшвидка зарядка, яку пропонують моделі XNUMX В, є основними недоліками, які критикують споживачі.

Промисловий бум все ще вимагає зниження вартості матеріалів і систем, а також поступового розгортання надшвидких зарядних паль потужністю 480 кВт/500 кВт, щоб охопити основні сценарії використання, щоб моделі на 800 В могли бути виведені на вузол вибуху ринку, який, як очікується, настане приблизно до 2024 року, згідно з планами великих автовиробників.

Розгортання надшвидкої зарядки 800 В:

  • Xpeng: для десяти найбільших міст за кількістю замовлень для G9 зосередьтеся на створенні надшвидких зарядних станцій S4. У 2023 році станції S4 будуть використовуватися для забезпечення енергопоповнення в ключових містах і вздовж ключових магістралей; За оцінками, у 2025 році, на додаток до поточних 1000 самокерованих зарядних станцій, Xpeng побудує ще 2000 надшвидких зарядних станцій.
  • GAC: у 2021 році GAC представила купу швидкої зарядки з максимальною потужністю зарядки до 480 кВт. Передбачається, що в 2025 році буде побудовано 2000 зарядних станцій у 300 містах Китаю.
  • NIO: у грудні 2022 року NIO офіційно випустила купу надшвидкої зарядки потужністю 500 кВт з максимальним струмом 660 А, що підтримує зарядку високої потужності. Найшвидший час зарядки для моделей 400 В становить лише 20 хвилин; для моделей 800 В найшвидша зарядка від 10% до 80% займає 12 хвилин.
  • Li Auto: у 2023 році компанія Li Auto почала будівництво високовольтних зарядних станцій на 800 В у провінції Гуандун, і її метою є будівництво 3000 зарядних станцій у 2025 році.
  • Huawei: у березні 2023 року купа наддувів потужністю 600 кВт, ексклюзивно для AITO, вийшла на базі Huawei на вулиці Бантянь, Шеньчжень. Ця зарядна купа, названа FusionCharge DC Supercharging Terminal, має конструкцію однопалої одногарматної установки. Виробником є ​​Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Його зовнішні розміри становлять 295 мм (Д) x 340 мм (Ш) x 1700 мм (В), а модель продукту — DT600L1-CNA1. Зарядна купа має діапазон вихідної напруги 200–1000 В, максимальний вихідний струм 600 А, максимальну вихідну потужність 600 кВт і рідинне охолодження.

Через високу вартість будівництва надшвидких зарядних паль потужністю 480 кВт, загалом, надшвидка зарядна станція оснащена лише однією або двома зарядними палями потужністю 480 кВт і кількома пальами швидкої зарядки потужністю 240 кВт і підтримує динамічний розподіл електроенергії. Загалом, згідно з планами автовиробників, можна припустити, що наприкінці 2027 року кількість моделей високовольтної платформи 800V досягне 3 мільйонів одиниць; кількість зарядних станцій на 800 В становитиме 15,000 20,000–480 500; кількість паль наддуву потужністю 30,000/XNUMX кВт перевищить XNUMX XNUMX.

Як і зарядні палі, в еволюції архітектури від 400 В до 800 В, реалізація транспортних засобів також залишається дуже складною. Це вимагає одночасного впровадження всієї системи, що охоплює напівпровідникові пристрої та акумуляторні модулі для електромобілів, зарядних станцій і зарядних мереж, а також висуває підвищені вимоги до надійності, розміру та електричних характеристик роз’ємів. Це також вимагає вдосконалення технології в механічних, електричних і екологічних характеристиках.

Постачальники рівня 1 поспішають представити компоненти на 800 В. Більшість нових продуктів будуть доступні протягом 2023–2024 років

Технологія Leadrive: у 2022 році перша система електроприводу «три в одному» на основі карбіду кремнію (SiC), спільно розроблена Leadrive Technology і SAIC Volkswagen, була запущена в дослідне виробництво та дебютувала на Форумі інноваційних технологій Volkswagen IVET. Протестована компанією SAIC Volkswagen, ця система «три в одному», оснащена блоком керування з карбіду кремнію Leadrive Technology, може збільшити запас ходу моделі ID.4X принаймні на 4.5%. Крім того, Leadrive і Schaeffler спільно розроблятимуть продукти для складання електричних приводів, включаючи електричну вісь 800 В SiC.

Vitesco Technologies: високоінтегрований продукт системи електроприводу EMR4 планується масово виробляти в Китаї та постачати клієнтам у всьому світі у 2023 році. EMR4 буде створено на заводі Vitesco в районі економіко-технологічного розвитку Тяньцзіня та доставлено до автовиробників як усередині, так і за межами Китаю.

BorgWarner: новий інвертор 800V SiC використовує запатентовану технологію силового модуля Viper. Застосування силових модулів SiC на платформах 800 В зменшує використання напівпровідників і матеріалів SiC. Цей продукт буде масово вироблятися та встановлюватися на транспортні засоби між 2023 та 2024 роками.

800 В все ще зростає, але боротьба за виробничі потужності SiC почалася

У нових 800-вольтових архітектурах ключем до технології електроприводу є використання напівпровідникових пристроїв із SiC/GaN «третього покоління». Приносячи технічні переваги новим енергетичним транспортним засобам, ітерації технологій також створюють багато проблем для автомобільних напівпровідників і всього ланцюга постачання. У майбутньому високовольтні системи 800 В із SiC/GaN як ядром відкриють період великомасштабного розвитку систем автомобільного електроприводу, електронних систем керування, бортових зарядних пристроїв (OBC), DC-DC та вимкнених систем. - дошка заряджання палі.

Зокрема, карбід кремнію є основою стратегії високовольтної платформи OEM-виробників. Хоча наразі 800 В все ще зростає, війна за виробничі потужності SiC вже почалася. Виробники оригінального обладнання та постачальники першого рівня змагаються за формування стратегічних партнерських відносин із постачальниками чіпів і модулів SiC або створення спільних підприємств з ними для виробництва модулів SiC, щоб зафіксувати потужність чіпів SiC.

З іншого боку, також розпочато кампанію зі зниження собівартості SiC. В даний час силові пристрої SiC надзвичайно дорогі. У випадку Tesla вартість МОП-транзисторів на основі SiC на автомобіль становить близько 1300 доларів США; Під час нещодавнього щорічного дня інвестора Tesla оголосила про прогрес у розробці своєї платформи потужних чіпів другого покоління, згадавши про скорочення на 75% використання пристроїв з карбіду кремнію, що привернуло велику увагу на ринку.

Впевненість Tesla полягає в тому, що автовиробник самостійно розробив модуль TPAK SiC MOSFET і бере активну участь у розробці та дизайні чіпа. Кожну чисту матрицю в TPAK можна придбати в різних постачальників мікросхем, щоб створити систему з кількома постачальниками (ST, ON Semiconductor тощо). TPAK також дозволяє застосовувати платформи різних матеріалів, наприклад, змішане використання IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT.

(1) Китай побудував промисловий ланцюжок SiC, але з технологічним рівнем трохи нижчим за міжнародний

Пристрої живлення на основі SiC пропонують переваги високої частоти, високої ефективності та малого об’єму (на 70% або 80% менше, ніж пристрої живлення IGBT), і їх можна було побачити в Tesla Model 3.

З точки зору ланцюжка створення вартості, підкладки складають понад 45% вартості пристроїв з карбіду кремнію, і їх якість також безпосередньо впливає на продуктивність епітаксії та кінцевий продукт. Підкладка та епітаксія становлять майже 70% вартості, тому зниження їх вартості буде основним напрямком розвитку індустрії SiC. Карбід кремнію, необхідний для високої напруги (800 В) для транспортних засобів з новою енергією, в основному є електропровідною підкладкою SiC. Існуючі основні виробники включають Wolfspeed (раніше Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor і SICC.

З точки зору глобального розвитку технології SiC, ринок пристроїв з SiC монополізований великими постачальниками, такими як STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed і ROHM. Китайські постачальники вже мають потужні виробничі потужності та не поступаються міжнародним розробкам. Їхнє планування потужностей і терміни виробництва майже такі ж, як у закордонних аналогів.

Що стосується рівня розробки підкладки SiC, то на ринку SiC на даний момент переважають 6-дюймові підкладки, а 8-дюймова підкладка SiC є пріоритетом розвитку в усьому світі. Наразі тільки Wolfspeed досяг масового виробництва 8-дюймового SiC. У січні 8 року китайська компанія SEMISiC виготовила 2022-дюймові поліровані пластини SiC N-типу в невеликих масштабах. Більшість міжнародних компаній планують виробництво 8-дюймових підкладок SiC протягом 2023 року.

(2) Нітрид галію (GaN) все ще знаходиться на ранній стадії застосування в автомобілебудуванні, і темпи виробництва відповідних виробників прискорюються.

Нітрид галію (GaN) широко використовується в побутовій електроніці, такій як планшетні ПК, навушники TWS і швидка зарядка ноутбуків (PD). Проте, оскільки транспортні засоби з новою енергією процвітають, електромобілі стають потенційним ринком застосування GaN. В електричних транспортних засобах польові транзистори GaN (FET) дуже придатні для OBC змінного струму та постійного струму, перетворювачів постійного струму з високою напругою (HV) на низьку (LV) і перетворювачів постійного струму з низькою напругою.

У сфері електромобілів технології GaN і SiC доповнюють одна одну і охоплюють різні діапазони напруг. Пристрої GaN підходять для напруги від десятків до сотень вольт, а також для застосувань середньої та низької напруги (менше 1200 В); їх втрати на комутацію в три рази менші, ніж SiC у застосуванні 650 В. SiC більш застосовний до високих напруг (кілька тисяч вольт). В даний час застосування пристроїв SiC в середовищі 650 В в основному призначене для забезпечення напруги 1200 В або вище в електромобілях.

Китай все ще має велике відставання від іноземних колег у розвитку Ga2O3, і ще не досягнуто масового виробництва

Завдяки великій ширині забороненої зони, високій напруженості поля пробою та сильному радіаційному опору оксид галію (Ga2O3), як очікується, буде домінувати в галузі силової електроніки в майбутньому. У порівнянні зі звичайними широкозонними напівпровідниками SiC/GaN, Ga2O3 може похвалитися вищим показником добротності Baliga та нижчими очікуваними витратами на зростання, а також має більший потенціал у застосуванні до високовольтних, потужних, високоефективних і малих електронних пристроїв.

З точки зору політики, Китай також приділяє все більше уваги Га2O3. Уже в 2018 році Китай почав досліджувати та вивчати надширокозонні напівпровідникові матеріали, включаючи Ga2O3, алмаз і нітрид бору. У 2022 році Міністерство науки і технологій Китаю принесло Ga2O3 у Національну ключову програму досліджень і розробок протягом періоду «14-ї п'ятирічки».

12 серпня 2022 року Бюро промисловості та безпеки (BIS) Міністерства торгівлі США випустило тимчасове остаточне правило, яке встановлює новий експортний контроль за чотирма технологіями, які відповідають критеріям нових і основоположних технологій, зокрема: gate-all-around (GAA). ) технологія, програмне забезпечення автоматизації електронного проектування (EDA), технологія горіння з підвищенням тиску (PGC) і дві надширокозонні напівпровідникові підкладки, оксид галію та алмаз. Два заходи експортного контролю набули чинності 15 серпня. Ga2O3 привернув більше уваги світових науково-дослідних та промислових кіл.

Хоча оксид галію все ще знаходиться на початковій стадії досліджень і розробок, Китай зробив кілька проривів протягом 15 місяців з початку 2022 року. Його технології приготування оксиду галію — від 2 дюймів до 6 дюймів у 2022 році, а потім до 8 дюймів у більшості недавно — дозрівають. Китайська Га2O3 підрозділи дослідження матеріалів включають: 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 і Fujia Gallium Industry; зареєстровані компанії, такі як Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material і San'an Optoelectronics; а також десятки коледжів та університетів.

Ключові слова: Силова електроніка

Відвідайте: www.researchinchina.com

Часова мітка:

Більше від Напівпровідник сьогодні