News: Mikroelektronik

27 April 2023

Da neue Energiefahrzeuge und Batterietechnologie boomen, sind das Aufladen und der Batteriewechsel in der Industriekette zu schwachen Gliedern für die Entwicklung von neuen Energiefahrzeugen geworden. Umständliches Aufladen und kurze Reichweite sind zu wunden Punkten geworden, die jeden Verbraucher plagen, der Elektrofahrzeuge kauft.

In diesem Zusammenhang stand das 800-V-Hochspannungsladen für Fahrzeuge mit neuer Energie im Rampenlicht, heißt es im „800 V High Voltage Platform Research Report, 2023“ von Research In China. 2022 war das erste Jahr für die Entwicklung von 800-V-Hochspannungsplattformen in China. Insbesondere wird im Zeitraum 800–2023 eine große Anzahl von 2024-V-Hochspannungsplattformmodellen in den Verkauf gehen.

In der aktuellen Phase sind 800-V-Plattformen immer noch mit einer Situation von „lautem Donner, aber kleinen Regentropfen“ konfrontiert. Versicherungsdaten zeigen, dass versicherte Fahrzeuge mit 800-V-Plattformen in China im Jahr 10,000 immer noch weniger als 2022 Einheiten umfassten. Die niedrigen Kosten und das schlechte ultraschnelle Ladeerlebnis, das 800-V-Modelle bieten, sind die größten Mängel, die von den Verbrauchern kritisiert werden.

Der Branchenboom erfordert immer noch niedrigere Kosten für vorgelagerte Materialien und Systeme sowie den schrittweisen Einsatz von nachgelagerten 480-kW-/500-kW-Ultraschnellladesäulen, um wichtige Anwendungsszenarien abzudecken, damit 800-V-Modelle in den erwarteten Marktexplosionsknoten gezogen werden können etwa 2024, so die Pläne großer Autobauer.

Bereitstellung von 800-V-Ultraschnellladung:

• Xpeng: Für die Top-Ten-Städte nach Aufträgen für G9 konzentrieren Sie sich auf den Bau von ultraschnellen S4-Ladestationen. Im Jahr 2023 werden S4-Stationen zur Energieversorgung in wichtigen Städten und entlang wichtiger Autobahnen eingesetzt; Schätzungen zufolge wird Xpeng im Jahr 2025 zusätzlich zu den derzeit 1000 selbst betriebenen Ladestationen weitere 2000 ultraschnelle Ladestationen bauen.
• GAC: 2021 führte GAC einen Schnellladestapel mit einer maximalen Ladeleistung von bis zu 480 kW ein. Es wird vorhergesagt, dass im Jahr 2025 2000 Supercharger-Stationen in 300 Städten in ganz China gebaut werden.
• NIO: Im Dezember 2022 brachte NIO offiziell einen ultraschnellen 500-kW-Ladestapel mit einem maximalen Strom von 660 A heraus, der das Hochleistungsladen unterstützt. Die schnellste Ladezeit für 400-V-Modelle beträgt nur 20 Minuten; Bei 800-V-Modellen dauert die schnellste Aufladung von 10 % auf 80 % 12 Minuten.
• Li Auto: Im Jahr 2023 hat Li Auto mit dem Bau von 800-V-Hochspannungs-Aufladesäulen in Guangdong begonnen, und sein Ziel ist es, bis 3000 2025 Aufladestationen zu bauen.
• Huawei: Im März 2023 kam der 600-kW-Supercharger-Stapel exklusiv für AITO in der Huawei-Basis in der Bantian Street in Shenzhen heraus. Dieser Ladestapel mit dem Namen FusionCharge DC Supercharging Terminal nimmt ein Einzelstapel-Einzelkanonen-Design an. Der Hersteller ist Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. Seine Außenabmessungen betragen 295 mm (L) x 340 mm (B) x 1700 mm (H), und das Produktmodell ist DT600L1-CNA1. Der Ladestapel hat einen Ausgangsspannungsbereich von 200–1000 V, einen maximalen Ausgangsstrom von 600 A, eine maximale Ausgangsleistung von 600 kW und eine Flüssigkeitskühlung.

Aufgrund der hohen Baukosten von 480-kW-Ultraschnellladesäulen ist eine Ultraschnellladestation im Allgemeinen mit nur einem oder zwei 480-kW-Superchargersäulen und mehreren 240-kW-Schnellladesäulen ausgestattet und unterstützt eine dynamische Leistungsverteilung. Insgesamt ist es nach den Plänen der Autohersteller denkbar, dass Ende 2027 der Besitz von 800-Volt-Hochvolt-Plattformmodellen 3 Millionen Einheiten erreicht; die Zahl der 800-V-Supercharger-Stationen wird 15,000–20,000 betragen; die Zahl der 480/500-kW-Aufladesäulen wird 30,000 übersteigen.

Neben Ladesäulen bleibt bei der Weiterentwicklung der Architektur von 400 V auf 800 V auch die Umsetzung der Fahrzeugtechnik sehr kompliziert. Es erfordert die gleichzeitige Einführung eines gesamten Systems, das Halbleiterbauelemente und Batteriemodule für Elektrofahrzeuge, Ladesäulen und Ladenetzwerke umfasst, und stellt höhere Anforderungen an Zuverlässigkeit, Größe und elektrische Leistung von Steckverbindern. Es erfordert auch technologische Verbesserungen der mechanischen, elektrischen und Umweltleistung.

Tier-1-Zulieferer rennen um die Vorstellung von 800-V-Komponentenprodukten. Die meisten neuen Produkte werden zwischen 2023 und 2024 verfügbar sein

Leaddrive Technology: Im Jahr 2022 ging das erste von Leaddrive Technology und SAIC Volkswagen gemeinsam entwickelte, auf Siliziumkarbid (SiC) basierende „Drei-in-Eins“-Elektroantriebssystem in die Probeproduktion und debütierte auf dem Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Dieses von SAIC Volkswagen getestete „Drei-in-Eins“-System, das mit dem Siliziumkarbid-Steuergerät von Leaddrive Technology ausgestattet ist, kann die Reichweite des ID.4X-Modells um mindestens 4.5 % erhöhen. Darüber hinaus werden Leadrive und Schaeffler gemeinsam Produkte für elektrische Antriebssysteme entwickeln, darunter eine 800-V-SiC-Elektroachse.

Vitesco Technologies: Das hochintegrierte elektrische Antriebssystemprodukt EMR4 soll voraussichtlich 2023 in China in Serie produziert und an Kunden weltweit geliefert werden. EMR4 wird in der Vitesco-Fabrik in der Tianjin Economic-Technological Development Area produziert und an Autohersteller sowohl innerhalb als auch nach China geliefert außerhalb Chinas.

BorgWarner: Der neue 800-V-SiC-Wechselrichter übernimmt die patentierte Leistungsmodultechnologie von Viper. Die Anwendung von SiC-Leistungsmodulen auf 800-V-Plattformen reduziert den Einsatz von Halbleitern und SiC-Materialien. Dieses Produkt wird zwischen 2023 und 2024 in Serie produziert und in Fahrzeugen installiert.

800 V immer noch auf dem Vormarsch, aber der Kampf um die SiC-Produktionskapazität hat begonnen

In neuen 800-V-Architekturen liegt der Schlüssel zur elektrischen Antriebstechnologie in der Verwendung von SiC/GaN-Halbleiterbauelementen der „dritten Generation“. Technologie-Iterationen bringen nicht nur technische Vorteile für neue Energiefahrzeuge, sondern stellen auch viele Herausforderungen für Automobilhalbleiter und die gesamte Lieferkette dar. In Zukunft werden 800-V-Hochspannungssysteme mit SiC/GaN als Kern eine Phase der groß angelegten Entwicklung von elektrischen Antriebssystemen für Kraftfahrzeuge, elektronischen Steuerungssystemen, On-Board-Ladegeräten (OBCs), DC-DC und Off einleiten -Board Ladestapel.

Insbesondere Siliziumkarbid steht im Mittelpunkt der Hochvolt-Plattformstrategie der OEMs. Obwohl 800 V derzeit noch wachsen, hat der Krieg um die SiC-Produktionskapazität bereits begonnen. OEMs und Tier-1-Lieferanten konkurrieren darum, strategische Partnerschaften mit Lieferanten von SiC-Chips und -Modulen einzugehen oder mit ihnen Joint Ventures für die Produktion von SiC-Modulen zu gründen, um Kapazitäten für SiC-Chips zu sichern.

Andererseits wurde auch die Kampagne zur SiC-Kostensenkung gestartet. Gegenwärtig sind SiC-Leistungsbauelemente extrem teuer. Im Fall von Tesla beträgt der Wert eines SiC-basierten MOSFET pro Fahrzeug etwa 1300 US-Dollar; Auf seinem letzten jährlichen Investorentag kündigte Tesla Fortschritte bei der Entwicklung seiner Power-Chip-Plattform der zweiten Generation an und erwähnte eine Reduzierung des Verbrauchs von Siliziumkarbid-Geräten um 75 %, was auf dem Markt viel Aufmerksamkeit erregte.

Teslas Vertrauen beruht auf der Tatsache, dass der Autohersteller ein TPAK-SiC-MOSFET-Modul unabhängig entwickelt hat und tief in die Chip-Definition und -Design involviert ist. Jeder Bare-Die im TPAK kann von verschiedenen Chip-Anbietern erworben werden, um ein Multi-Supplier-System aufzubauen (ST, ON Semiconductor usw.). TPAK ermöglicht auch die Anwendung von Cross-Material-Plattformen, z. B. gemischte Verwendung von IGBT/SiC-MOSFETs/GaN-HEMTs.

(1) China hat eine SiC-Industriekette aufgebaut, jedoch mit einem Technologieniveau, das leicht unter dem internationalen Niveau liegt

Auf SiC basierende Leistungsgeräte bieten die Vorteile von hoher Frequenz, hohem Wirkungsgrad und kleinem Volumen (70 % oder 80 % kleiner als IGBT-Leistungsgeräte) und wurden im Tesla Model 3 gesehen.

Aus Sicht der Wertschöpfungskette machen Substrate mehr als 45 % der Kosten von Siliziumkarbid-Geräten aus, und ihre Qualität wirkt sich auch direkt auf die Leistung der Epitaxie und des Endprodukts aus. Das Substrat und die Epitaxie machen fast 70 % des Wertes aus, daher wird die Senkung ihrer Kosten die Hauptentwicklungsrichtung der SiC-Industrie sein. Das für Hochspannung (800 V) für Fahrzeuge mit neuer Energie erforderliche Siliziumkarbid ist hauptsächlich SiC-Kristall mit leitfähigem Substrat. Zu den bestehenden großen Herstellern gehören Wolfspeed (ehemals Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor und SICC.

In Bezug auf die globale Entwicklung der SiC-Technologie wird der Markt für SiC-Geräte von großen Anbietern wie STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed und ROHM monopolisiert. Chinesische Anbieter verfügen bereits über große Produktionskapazitäten und sind auf Augenhöhe mit internationalen Entwicklungen. Ihre Kapazitätsplanung und ihr Produktionszeitrahmen sind fast gleich denen ihrer ausländischen Kollegen.

Hinsichtlich des Entwicklungsstands von SiC-Substraten dominieren derzeit 6-Zoll-Substrate auf dem SiC-Markt, und das 8-Zoll-SiC-Substrat ist weltweit eine Entwicklungspriorität. Derzeit hat nur Wolfspeed die Massenproduktion von 8-Zoll-SiC erreicht. Das chinesische Unternehmen SEMISiC hat im Januar 8 in kleinem Maßstab 2022-Zoll-SiC-Wafer vom N-Typ hergestellt. Die meisten internationalen Unternehmen planen die Produktion von 8-Zoll-SiC-Substraten im Laufe des Jahres 2023.

(2) Galliumnitrid (GaN) befindet sich noch in einem frühen Anwendungsstadium in der Automobilindustrie, und das Layout-Tempo der entsprechenden Hersteller beschleunigt sich

Galliumnitrid (GaN) wird weitgehend in Bereichen der Unterhaltungselektronik wie Tablet-PCs, TWS-Ohrhörern und Schnellladegeräten (PD) für Notebooks verwendet. Doch mit dem Aufschwung von Fahrzeugen mit neuer Energie werden Elektrofahrzeuge zu einem potenziellen Anwendungsmarkt für GaN. In Elektrofahrzeugen sind GaN-Feldeffekttransistoren (FETs) sehr gut geeignet für AC/DC-OBCs, Hochspannungs-(HV)-zu-Niederspannungs-(LV)-DC/DC-Wandler und Niederspannungs-DC/DC-Wandler.

Im Bereich Elektrofahrzeuge ergänzen sich GaN- und SiC-Technologien und decken unterschiedliche Spannungsbereiche ab. GaN-Geräte eignen sich für Dutzende bis Hunderte von Volt und für Mittel- und Niederspannungsanwendungen (weniger als 1200 V); ihr Schaltverlust ist dreimal geringer als bei SiC in 650-V-Anwendungen. SiC ist eher für hohe Spannungen (mehrere tausend Volt) geeignet. Derzeit besteht die Anwendung von SiC-Geräten in einer 650-V-Umgebung hauptsächlich darin, eine Spannung von 1200 V oder höher in Elektrofahrzeugen zu ermöglichen.

China hat immer noch eine große Lücke zu ausländischen Kollegen in der Entwicklung von Ga2O3, und muss noch Massenproduktion erreichen

Aufgrund einer großen Energiebandlücke, einer hohen Durchbruchsfeldstärke und einer starken Strahlungsbeständigkeit ist Galliumoxid (Ga2O3) wird voraussichtlich in Zukunft im Bereich der Leistungselektronik dominieren. Im Vergleich zu herkömmlichen SiC/GaN-Halbleitern mit breiter Bandlücke ist Ga2O3 weist eine höhere Baliga-Leistungszahl und niedrigere erwartete Wachstumskosten auf und hat ein größeres Anwendungspotenzial für Hochspannungs-, Hochleistungs-, hocheffiziente und kleine elektronische Geräte.

Auch politisch schenkt China Ga immer mehr Aufmerksamkeit2O3. Bereits 2018 begann China mit der Erforschung und Untersuchung von Halbleitermaterialien mit ultrabreiter Bandlücke, einschließlich Ga2O3, Diamant und Bornitrid. Im Jahr 2022 brachte das chinesische Ministerium für Wissenschaft und Technologie Ga2O3 während der Periode des 14. Fünfjahresplans in das National Key R&D Program aufgenommen werden.

Am 12. August 2022 hat das Bureau of Industry and Security (BIS) des US-Handelsministeriums eine vorläufige endgültige Regelung erlassen, die neue Exportkontrollen für vier Technologien festlegt, die die Kriterien für neue und grundlegende Technologien erfüllen, darunter: Gate-all-around (GAA )-Technologie, EDA-Software (Electronic Design Automation), PGC-Technologie (Pressure Gain Combustion) und die beiden Ultra-Wide-Bandgap-Halbleitersubstrate Galliumoxid und Diamant. Die beiden Exportkontrollen traten am 15. August in Kraft. Ga2O3 hat mehr Aufmerksamkeit von der globalen wissenschaftlichen Forschung und Industriekreisen auf sich gezogen.

Obwohl sich Galliumoxid noch in der Anfangsphase der Forschung und Entwicklung befindet, hat China innerhalb von 15 Monaten seit Beginn des Jahres 2022 mehrere Durchbrüche erzielt. Seine Technologien zur Herstellung von Galliumoxid – von 2 Zoll auf 6 Zoll im Jahr 2022 und dann auf 8 Zoll am meisten vor kurzem — reifen. Chinesisch Ga2O3 Zu den Materialforschungseinheiten gehören: 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 und Fujia Gallium Industry; börsennotierte Unternehmen wie Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material und San'an Optoelectronics; sowie Dutzende von Hochschulen und Universitäten.

Stichworte: Leistungselektronik

Besuchen Sie: www.researchinchina.com

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoAiStream. Web3-Datenintelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• Die Zukunft prägen mit Adryenn Ashley. Hier zugreifen.
• Quelle: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml