뉴스 : 마이크로

27 4월 2023

신에너지 차량과 배터리 기술이 붐을 일으키면서 산업 체인에서 충전 및 배터리 교체가 신에너지 차량 개발의 약점이 되었습니다. 불편한 충전과 짧은 항속 거리는 전기 자동차를 구매하는 모든 소비자를 괴롭히는 골칫거리가 되었습니다.

이러한 맥락에서 신에너지 차량을 위한 800V 고전압 충전이 주목을 받고 있다고 Research In China의 '800V 고전압 플랫폼 연구 보고서, 2023'에 언급되어 있습니다. 2022년은 중국에서 800V 고전압 플랫폼 개발의 첫 해였습니다. 특히 800~2023년에는 2024V 고전압 플랫폼 모델이 대거 판매될 예정이다.

현재 단계에서 800V 플랫폼은 여전히 ​​"큰 천둥이지만 작은 빗방울"의 상황에 직면해 있습니다. 보험 데이터에 따르면 중국에서 800V 플랫폼이 장착된 보험 차량은 10,000년에도 여전히 2022대 미만이었습니다. 800V 모델이 제공하는 낮은 비용 성능과 열악한 초고속 충전 경험은 소비자가 비판하는 주요 결함입니다.

산업 붐은 여전히 ​​낮은 업스트림 재료 및 시스템 비용과 주요 사용 시나리오를 처리하기 위한 다운스트림 480kW/500kW 초고속 충전 파일의 점진적 배치를 요구하므로 800V 모델이 출시될 것으로 예상되는 시장 폭발 노드로 끌어들일 수 있습니다. 대형 자동차 제조사들의 계획에 따르면 2024년경이다.

800V 초고속 충전 배포:

• Xpeng: G9 주문 상위 4개 도시에 S2023 초고속 충전소 건설에 집중. 4년에 S2025 스테이션은 주요 도시와 주요 고속도로를 따라 에너지 보충을 제공하는 데 사용될 것입니다. 1000년에 Xpeng은 현재 자체 운영하는 2000개의 충전소 외에 XNUMX개의 초고속 충전소를 추가로 건설할 것으로 예상됩니다.
• GAC: 2021년에 GAC는 최대 충전 전력이 480kW인 고속 충전 파일을 도입했습니다. 2025년에는 중국 전역의 2000개 도시에 300개의 슈퍼차징 스테이션이 건설될 것으로 예상됩니다.
• NIO: 2022년 500월 NIO는 고전력 충전을 지원하는 최대 전류 660A의 400kW 초고속 충전 파일을 공식 출시했습니다. 20V 모델의 가장 빠른 충전 시간은 800분입니다. 10V 모델의 경우 80%에서 12%까지 가장 빠르게 충전하는 데 XNUMX분이 걸립니다.
• Li Auto: 2023년 Li Auto는 광둥성에 800V 고전압 과급 파일 건설을 시작했으며 3000년에 2025개의 과급 스테이션을 건설하는 것이 목표입니다.
• 화웨이: 2023년 600월, AITO 전용 295kW 슈퍼차징 파일이 심천 반티안 거리의 화웨이 기지에서 출시되었습니다. FusionCharge DC 수퍼차징 터미널이라는 이름의 이 충전 파일은 단일 파일 단일 건 설계를 채택합니다. 제조사는 Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. 외형 치수는 340mm(L) x 1700mm(W) x 600mm(H)이며 제품 모델은 DT1L1-CNA200입니다. 충전 파일은 1000–600V의 출력 전압 범위, 600A의 최대 출력 전류, XNUMXkW의 최대 출력 전력 및 액체 냉각을 제공합니다.

일반적으로 480kW급 초고속 충전 파일은 건설 비용이 높기 때문에 일반적으로 초고속 충전소는 480kW급 과급 파일 240~2027개와 800kW급 급속 충전 파일 여러 개로 구성되며 동적 전력 분배를 지원한다. 전반적으로 자동차 제조업체의 계획에 따르면 3년 후반에 800V 고전압 플랫폼 모델의 소유가 15,000만 대에 도달할 것으로 예상할 수 있습니다. 20,000V 슈퍼차징 스테이션의 수는 480~500개입니다. 30,000/XNUMXkW 과급 파일의 수는 XNUMX개를 초과할 것입니다.

충전 파일뿐만 아니라 아키텍처가 400V에서 800V로 진화하는 과정에서 차량 엔지니어링 구현도 여전히 매우 복잡합니다. 반도체 소자와 배터리 모듈에 이르는 전체 시스템을 전기 자동차, 충전 파일, 충전 네트워크에 동시에 도입해야 하며 커넥터의 신뢰성, 크기 및 전기적 성능이 더 많이 요구됩니다. 또한 기계적, 전기적 및 환경적 성능의 기술 개선이 필요합니다.

Tier-1 공급업체는 800V 구성 요소 제품을 공개하기 위해 경쟁합니다. 2023~2024년에 출시될 대부분의 신제품

Leadrive Technology: 2022년에 Leadrive Technology와 SAIC Volkswagen이 공동 개발한 최초의 탄화규소(SiC) 기반 '쓰리 인 원' 전기 구동 시스템이 시험 생산에 들어가 폭스바겐 IVET 혁신 기술 포럼에서 데뷔했습니다. SAIC Volkswagen에서 테스트한 이 '4-in-4.5' 시스템은 Leadrive Technology의 실리콘 카바이드 ECU가 장착되어 ID.800X 모델의 순항 범위를 최소 XNUMX% 증가시킬 수 있습니다. 또한 Leadrive와 Schaeffler는 XNUMXV SiC 전기 액슬을 포함한 전기 드라이브 어셈블리 제품을 공동 개발할 예정입니다.

Vitesco Technologies: 고집적 전기 구동 시스템 제품인 EMR4는 중국에서 대량 생산되어 2023년에 전 세계 고객에게 공급될 예정입니다. EMR4는 톈진 경제 기술 개발구에 있는 Vitesco의 공장에서 생산되어 국내외 자동차 제조업체에 납품될 예정입니다. 중국 외.

BorgWarner: 새로운 800V SiC 인버터는 Viper의 특허받은 전력 모듈 기술을 채택합니다. 800V 플랫폼에 SiC 전력 모듈을 적용하면 반도체 및 SiC 재료 사용이 줄어듭니다. 이 제품은 2023~2024년 사이에 양산돼 차량에 탑재될 예정이다.

800V는 여전히 대세지만 SiC 생산능력 확보 전쟁 시작

새로운 800V 아키텍처에서 전기 구동 기술의 핵심은 '800세대' SiC/GaN 반도체 장치를 사용하는 것입니다. 새로운 에너지 차량에 기술적 이점을 제공하는 동시에 기술 반복은 자동차 반도체와 전체 공급망에 많은 문제를 제기합니다. 향후 SiC/GaN을 핵심으로 하는 XNUMXV 고전압 시스템은 자동차 전기 구동 시스템, 전자 제어 시스템, 온보드 충전기(OBC), DC-DC 및 오프에서 대규모 개발 기간을 안내할 것입니다. -보드 충전 더미.

특히 실리콘 카바이드는 OEM의 고전압 플랫폼 전략의 핵심입니다. 현재 800V는 여전히 성장하고 있지만 SiC 생산 능력을 위한 전쟁은 이미 시작되었습니다. OEM 및 Tier-1 공급업체는 SiC 칩 및 모듈 공급업체와 전략적 파트너십을 형성하거나 SiC 칩 생산 능력을 확보하기 위해 SiC 모듈 생산을 위한 합작 투자 회사를 설립하기 위해 경쟁하고 있습니다.

한편, SiC 비용 절감 캠페인도 시작됐다. 현재 SiC 전력 장치는 매우 고가입니다. Tesla의 경우 차량당 SiC 기반 MOSFET의 가치는 약 $1300입니다. Tesla는 최근 연례 투자자의 날에서 실리콘 카바이드 장치 사용량을 75% 절감한다고 언급하면서 XNUMX세대 전력 칩 플랫폼 개발 진도를 발표하여 시장에서 많은 관심을 받았습니다.

Tesla의 자신감은 자동차 제조업체가 TPAK SiC MOSFET 모듈을 독립적으로 개발했으며 칩 정의 및 설계에 깊이 관여하고 있다는 사실에 있습니다. TPAK의 각 베어 다이는 여러 칩 공급업체에서 구입하여 다중 공급업체 시스템(ST, ON Semiconductor 등)을 구축할 수 있습니다. TPAK는 또한 IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT의 혼합 사용과 같은 교차 재료 플랫폼의 적용을 허용합니다.

(1) 중국은 SiC 산업 체인을 구축했지만 기술 수준은 국제 수준보다 약간 낮습니다.

SiC 기반 전력 장치는 고주파, 고효율 및 작은 부피(IGBT 전력 장치보다 70% 또는 80% 작음)의 이점을 제공하며 Tesla Model 3에서 볼 수 있습니다.

가치 사슬의 관점에서 기판은 탄화규소 장치 비용의 45% 이상을 차지하며 기판의 품질은 에피택시 및 최종 제품의 성능에도 직접적인 영향을 미칩니다. 기판과 에피택시는 가치의 거의 70%를 차지하므로 비용을 줄이는 것이 SiC 산업의 주요 발전 방향이 될 것입니다. 신에너지 차량용 고전압(800V)에 필요한 탄화규소는 주로 전도성 기판 SiC 결정이다. 기존 주요 제조업체에는 Wolfspeed(이전의 Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor 및 SICC가 포함됩니다.

글로벌 SiC 기술 개발 측면에서 SiC 디바이스 시장은 STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed 및 ROHM과 같은 대형 벤더가 독점하고 있습니다. 중국 공급업체는 이미 대규모 생산 능력을 보유하고 있으며 국제적인 발전과 동등합니다. 그들의 용량 계획 및 생산 일정은 외국 동료와 거의 동일합니다.

SiC 기판 개발 수준은 현재 SiC 시장에서 6인치 기판이 우세하며, 전 세계적으로 8인치 SiC 기판이 개발 우선순위이다. 현재 Wolfspeed만이 8인치 SiC의 양산을 달성했습니다. 중국 회사인 SEMISiC은 8년 2022월에 소규모로 8인치 N형 SiC 연마 웨이퍼를 생산했습니다. 대부분의 국제 기업은 2023년 중에 XNUMX인치 SiC 기판 생산을 계획하고 있습니다.

(2) 질화 갈륨(GaN)은 아직 자동차에 적용 초기 단계에 있으며, 관련 제조업체의 레이아웃 속도가 빨라지고 있습니다.

질화 갈륨(GaN)은 태블릿 PC, TWS 이어버드 및 노트북 컴퓨터 고속 충전(PD)과 같은 가전 분야에서 주로 사용됩니다. 그러나 새로운 에너지 자동차가 번성함에 따라 전기 자동차는 GaN의 잠재적 응용 시장이 되었습니다. 전기 자동차에서 GaN 전계 효과 트랜지스터(FET)는 AC-DC OBC, 고전압(HV)에서 저전압(LV) DC-DC 컨버터 및 저전압 DC-DC 컨버터에 매우 적합합니다.

전기 자동차 분야에서 GaN 및 SiC 기술은 서로를 보완하고 다양한 전압 범위를 포괄합니다. GaN 장치는 수십 볼트에서 수백 볼트, 중전압 및 저전압 애플리케이션(1200V 미만)에 적합합니다. 스위칭 손실은 650V 애플리케이션에서 SiC보다 650배 적습니다. SiC는 고전압(수천 볼트)에 더 적합합니다. 현재 1200V 환경에서 SiC 소자를 적용하는 것은 전기차에서 XNUMXV 이상의 전압을 가능하게 하는 것이 대부분이다.

중국은 여전히 ​​Ga 개발에서 외국 상대와 큰 격차가 있습니다.2O3, 아직 대량 생산을 달성하지 못했습니다

큰 에너지 밴드갭, 높은 항복 전계 강도 및 강한 내방사선성을 갖는 덕분에 산화갈륨(Ga2O3)는 향후 전력 전자 분야에서 우위를 차지할 것으로 예상됩니다. 일반적인 와이드 밴드갭 SiC/GaN 반도체와 비교하여 Ga2O3 Baliga의 성능 지수는 더 높고 예상되는 성장 비용은 더 낮으며 고전압, 고전력, 고효율 및 소형 전자 장치에 대한 응용 가능성이 더 큽니다.

정책적 측면에서도 중국은 Ga에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.2O3. 2018년부터 중국은 Ga를 포함한 초광대역 반도체 재료를 탐색하고 연구하기 시작했습니다.2O3, 다이아몬드 및 질화붕소. 2022년 중국 과학기술부는 Ga를 데려왔다.2O3 '14차 XNUMX개년 계획' 기간 동안 국가 핵심 R&D 프로그램에 투입됩니다.

12년 2022월 15일, 미국 상무부 산업안보국(BIS)은 다음을 포함하여 신흥 및 기초 기술에 대한 기준을 충족하는 XNUMX가지 기술에 대한 새로운 수출 통제를 수립하는 임시 최종 규칙을 발표했습니다. ) 기술, 전자 설계 자동화(EDA) 소프트웨어, 압력 이득 연소(PGC) 기술, 두 개의 초광대역 밴드갭 반도체 기판인 산화갈륨과 다이아몬드. 두 가지 수출 통제는 XNUMX월 XNUMX일에 발효되었습니다. 가2O3 글로벌 과학 연구 및 산업계의 관심이 높아지고 있습니다.

산화갈륨은 아직 초기 R&D 단계에 있지만 중국은 15년 초부터 2022개월 이내에 몇 가지 돌파구를 마련했습니다. 최근 — 성숙하고 있습니다. 차이니즈 가2O3 재료 연구 단위에는 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 및 Fujia Gallium Industry가 포함됩니다. Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material 및 San'an Optoelectronics와 같은 상장 기업; 뿐만 아니라 수십 개의 대학과 대학.

태그 : 전력 전자

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• 출처: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml