Nieuws: Microelectronics
27 april 2023
Terwijl nieuwe energievoertuigen en batterijtechnologie een hoge vlucht nemen, zijn opladen en batterijverwisseling in de industriële keten zwakke schakels geworden voor de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen. Onhandig opladen en een korte actieradius zijn pijnpunten geworden waar elke consument die elektrische voertuigen koopt, last van heeft.
In deze context is 800V-hoogspanningsladen voor nieuwe energievoertuigen in de schijnwerpers komen te staan, merkt het '800V High Voltage Platform Research Report, 2023' van Research In China op. 2022 was het eerste jaar voor de ontwikkeling van 800V-hoogspanningsplatforms in China. In de periode 800–2023 zal met name een groot aantal 2024V hoogspanningsplatformmodellen in de verkoop gaan.
In de huidige fase worden 800V-platforms nog steeds geconfronteerd met een situatie van "luide donder maar kleine regendruppels". Verzekeringsgegevens tonen aan dat er in 800 nog steeds minder dan 10,000 verzekerde voertuigen met 2022V-platforms in China waren. De lage kostenprestaties en slechte ultrasnelle oplaadervaring van 800V-modellen zijn de belangrijkste tekortkomingen die door consumenten worden bekritiseerd.
De hausse in de industrie vereist nog steeds lagere kosten van stroomopwaartse materialen en systemen, en de geleidelijke inzet van stroomafwaartse 480kW/500kW ultrasnelle laadpalen om de belangrijkste gebruiksscenario's te dekken, zodat 800V-modellen kunnen worden getrokken naar het marktexplosieknooppunt dat naar verwachting zal binnenkomen rond 2024, volgens de plannen van grote autofabrikanten.
Inzet van 800V ultrasnel opladen:
- Xpeng: concentreer u voor de tien beste steden op bestellingen voor G9 op het bouwen van ultrasnelle S4-laadstations. In 2023 zullen S4-stations worden gebruikt om energie aan te vullen in belangrijke steden en langs belangrijke snelwegen; naar schatting zal Xpeng in 2025, naast de huidige zelfbediende 1000 laadstations, nog eens 2000 ultrasnelle laadstations bouwen.
- GAC: in 2021 introduceerde GAC een snellaadpaal met maximaal laadvermogen tot 480kW. Er wordt voorspeld dat er in 2025 2000 oplaadstations zullen worden gebouwd in 300 steden in heel China.
- NIO: in december 2022 bracht NIO officieel een ultrasnelle laadpaal van 500 kW uit met een maximale stroom van 660 A die opladen met hoog vermogen ondersteunt. De snelste oplaadtijd voor 400V-modellen is slechts 20 minuten; voor 800V-modellen duurt de snelste lading van 10% naar 80% 12 minuten.
- Li Auto: in 2023 is Li Auto begonnen met de bouw van 800V hoogspanningslaadpalen in Guangdong, en het doel is om in 3000 2025 superlaadstations te bouwen.
- Huawei: in maart 2023 kwam de 600kW supercharging-paal exclusief voor AITO uit in Huawei Base in Bantian Street, Shenzhen. Deze laadpaal, genaamd FusionCharge DC Supercharging Terminal, heeft een enkelvoudig pistoolontwerp. De fabrikant is Huawei Digital Power Technologies Co Ltd. De buitenafmetingen zijn 295 mm (L) x 340 mm (B) x 1700 mm (H) en het productmodel is DT600L1-CNA1. De laadpaal heeft een uitgangsspanningsbereik van 200-1000V, maximale uitgangsstroom van 600A, maximaal uitgangsvermogen van 600kW en vloeistofkoeling.
Vanwege de hoge bouwkosten van ultrasnellaadpalen van 480 kW is een ultrasnellaadstation over het algemeen uitgerust met slechts één of twee superlaadpalen van 480 kW en meerdere snellaadpalen van 240 kW, en ondersteunt het dynamische stroomverdeling. Over het algemeen is het volgens de plannen van autofabrikanten denkbaar dat eind 2027 het bezit van 800V-hoogspanningsplatformmodellen 3 miljoen eenheden zal bereiken; het aantal 800V-oplaadstations wordt 15,000–20,000; het aantal 480/500kW aanjaagpalen zal de 30,000 overschrijden.
Naast laadpalen blijft in de evolutie van de architectuur van 400V naar 800V ook de implementatie van voertuigtechniek erg ingewikkeld. Het vereist de gelijktijdige introductie van een volledig systeem van halfgeleiderapparaten en batterijmodules tot elektrische voertuigen, laadpalen en laadnetwerken, en stelt hogere eisen aan de betrouwbaarheid, grootte en elektrische prestaties van connectoren. Het vereist ook technologische verbeteringen op het gebied van mechanische, elektrische en milieuprestaties.
Tier-1-leveranciers haasten zich om 800V-componentproducten te onthullen. De meeste nieuwe producten zijn beschikbaar in de periode 2023-2024
Leadrive Technology: in 2022 ging het eerste op siliciumcarbide (SiC) gebaseerde 'drie-in-één' elektrische aandrijfsysteem, gezamenlijk ontwikkeld door Leaddrive Technology en SAIC Volkswagen, in proefproductie en maakte het zijn debuut op het Volkswagen IVET Innovation Technology Forum. Getest door SAIC Volkswagen, kan dit 'drie-in-één'-systeem, uitgerust met de siliciumcarbide-ECU van Leaddrive Technology, het vaarbereik van het ID.4X-model met minstens 4.5% vergroten. Daarnaast zullen Leaddrive en Schaeffler samen elektrische aandrijvingsproducten ontwikkelen, waaronder een 800V SiC elektrische as.
Vitesco Technologies: het sterk geïntegreerde elektrische aandrijfsysteem, product EMR4, zal naar verwachting in massaproductie worden genomen in China en in 2023 aan wereldwijde klanten worden geleverd. buiten China.
BorgWarner: de nieuwe 800V SiC-omvormer maakt gebruik van de gepatenteerde Power Module-technologie van Viper. De toepassing van SiC-vermogensmodules op 800V-platforms vermindert het gebruik van halfgeleiders en SiC-materialen. Dit product zal tussen 2023 en 2024 in massa worden geproduceerd en op voertuigen worden geïnstalleerd.
800V nog steeds in opkomst, maar de strijd om SiC-productiecapaciteit is begonnen
In nieuwe 800V-architecturen is de sleutel tot elektrische aandrijftechnologie het gebruik van SiC/GaN-halfgeleiderapparaten van de 'derde generatie'. Hoewel nieuwe energievoertuigen technische voordelen opleveren, stellen iteraties van technologie ook veel uitdagingen voor halfgeleiders in de auto-industrie en de gehele toeleveringsketen. In de toekomst zullen 800V-hoogspanningssystemen met SiC/GaN als kern een periode inluiden van grootschalige ontwikkeling van elektrische aandrijfsystemen voor auto's, elektronische regelsystemen, on-board laders (OBC's), DC-DC en uit -bord laadpalen.
Met name siliciumcarbide vormt de kern van de hoogspanningsplatformstrategie van OEM's. Hoewel 800V op dit moment nog steeds groeit, is de oorlog om SiC-productiecapaciteit al begonnen. OEM's en tier-1-leveranciers concurreren om strategische partnerschappen aan te gaan met leveranciers van SiC-chips en -modules of om joint ventures met hen op te zetten voor de productie van SiC-modules om SiC-chipcapaciteit vast te leggen.
Anderzijds is ook de campagne voor SiC-kostenreductie gelanceerd. Op dit moment zijn SiC-vermogensapparaten extreem duur. In het geval van Tesla is de waarde van op SiC gebaseerde MOSFET per voertuig ongeveer $ 1300; tijdens zijn recente jaarlijkse investeerdersdag kondigde Tesla vooruitgang aan in de ontwikkeling van zijn tweede generatie powerchip-platform, waarbij hij melding maakte van een vermindering van 75% in het gebruik van siliciumcarbide-apparaten, wat veel aandacht trok in de markt.
Het vertrouwen van Tesla ligt in het feit dat de autofabrikant onafhankelijk een TPAK SiC MOSFET-module heeft ontwikkeld en nauw betrokken is bij de definitie en het ontwerp van de chip. Elke kale matrijs in de TPAK kan bij verschillende chipleveranciers worden gekocht om een systeem met meerdere leveranciers op te zetten (ST, ON Semiconductor, enz.). TPAK maakt ook de toepassing van cross-materiaalplatforms mogelijk, bijv. gemengd gebruik van IGBT/SiC MOSFET's/GaN HEMT's.
(1) China heeft een SiC-industrieketen opgebouwd, maar met een technologieniveau dat iets onder het internationale niveau ligt
Vermogensapparaten op basis van SiC bieden de voordelen van een hoge frequentie, hoge efficiëntie en een klein volume (70% of 80% kleiner dan IGBT-vermogensapparaten), en zijn te zien in de Tesla Model 3.
Vanuit het perspectief van de waardeketen maken substraten meer dan 45% uit van de kosten van siliciumcarbide-apparaten, en de kwaliteit ervan heeft ook rechtstreeks invloed op de prestaties van epitaxie en het eindproduct. Het substraat en de epitaxie vormen bijna 70% van de waarde, dus het verlagen van de kosten zal de belangrijkste ontwikkelingsrichting van de SiC-industrie zijn. Het siliciumcarbide dat nodig is voor hoogspanning (800V) voor nieuwe energievoertuigen is voornamelijk geleidend substraat SiC-kristal. De bestaande grote fabrikanten zijn Wolfspeed (voorheen Cree), II-VI, TankeBlue Semiconductor en SICC.
Wat de wereldwijde ontwikkeling van SiC-technologie betreft, wordt de markt voor SiC-apparaten gemonopoliseerd door grote leveranciers zoals STMicroelectronics, Infineon, Wolfspeed en ROHM. Chinese leveranciers hebben al een grootschalige productiecapaciteit en lopen mee met de internationale ontwikkelingen. Hun capaciteitsplanning en productietijdschema zijn bijna gelijk aan die van hun buitenlandse collega's.
Wat betreft het ontwikkelingsniveau van SiC-substraten, hebben 6-inch-substraten momenteel de overhand op de SiC-markt en is het 8-inch SiC-substraat wereldwijd een ontwikkelingsprioriteit. Op dit moment heeft alleen Wolfspeed de massaproductie van 8-inch SiC bereikt. Het Chinese bedrijf SEMISiC heeft in januari 8 op kleine schaal 2022-inch N-type SiC gepolijste wafels geproduceerd. De meeste internationale bedrijven plannen de productie van 8-inch SiC-substraten in 2023.
(2) Galliumnitride (GaN) bevindt zich nog in een vroeg stadium van toepassing in de auto-industrie en het ontwerptempo van verwante fabrikanten versnelt
Galliumnitride (GaN) wordt grotendeels gebruikt op het gebied van consumentenelektronica, zoals tablet-pc's, TWS-oordopjes en snelladen van notebooks (PD). Maar naarmate nieuwe energievoertuigen floreren, worden elektrische voertuigen een potentiële toepassingsmarkt voor GaN. In elektrische voertuigen zijn GaN-veldeffecttransistors (FET's) zeer geschikt voor AC-DC OBC's, hoogspannings- (HV) naar laagspannings- (LV) DC-DC-omzetters en laagspannings-DC-DC-omzetters.
Op het gebied van elektrische voertuigen vullen GaN- en SiC-technologieën elkaar aan en bestrijken ze verschillende spanningsbereiken. GaN-apparaten zijn geschikt voor tientallen volt tot honderden volt, en in midden- en laagspanningstoepassingen (minder dan 1200V); hun schakelverlies is drie keer minder dan SiC in 650V-toepassing. SiC is meer van toepassing op hoge spanningen (enkele duizenden volt). Momenteel is de toepassing van SiC-apparaten in een 650V-omgeving meestal bedoeld om 1200V of hoger voltage in elektrische voertuigen mogelijk te maken.
China heeft nog steeds een grote kloof met buitenlandse tegenhangers in de ontwikkeling van Ga2O3, en moet nog massaproductie bereiken
Dankzij een grote energiebandgap, een hoge doorslagveldsterkte en een sterke stralingsweerstand, kan galliumoxide (Ga2O3) zal naar verwachting in de toekomst domineren op het gebied van vermogenselektronica. Vergeleken met gewone SiC/GaN-halfgeleiders met brede bandkloof, is Ga2O3 kan bogen op een hoger Baliga-cijfer van verdienste en lagere verwachte groeikosten, en heeft meer potentieel in toepassing op elektronische apparaten met hoog voltage, hoog vermogen, hoge efficiëntie en kleine afmetingen.
In beleidstermen besteedt China ook steeds meer aandacht aan Ga2O3. Al in 2018 begon China met het verkennen en bestuderen van halfgeleidermaterialen met een ultrabrede bandgap, waaronder Ga2O3, diamant en boornitride. In 2022 bracht het Chinese ministerie van Wetenschap en Technologie Ga2O3 in het National Key R&D-programma tijdens de periode van het '14e vijfjarenplan'.
Op 12 augustus 2022 heeft het Bureau of Industry and Security (BIS) van het Amerikaanse ministerie van Handel een tussentijdse definitieve regel uitgevaardigd die nieuwe exportcontroles vaststelt voor vier technologieën die voldoen aan de criteria voor opkomende en fundamentele technologieën, waaronder: gate-all-around (GAA ) technologie, electronic design automation (EDA) software, drukversterkingsverbranding (PGC) technologie en de twee halfgeleidersubstraten met ultrabrede bandgap, galliumoxide en diamant. De twee exportcontroles zijn op 15 augustus in werking getreden. Ga2O3 heeft meer aandacht getrokken van het wereldwijde wetenschappelijke onderzoek en industriële kringen.
Hoewel galliumoxide zich nog in de beginfase van R&D bevindt, heeft China binnen 15 maanden sinds het begin van 2022 verschillende doorbraken bereikt. onlangs - zijn aan het rijpen. Chinees Ga2O3 materiaalonderzoekseenheden omvatten: 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 en Fujia Gallium Industry; beursgenoteerde bedrijven als Xinhu Zhongbao, Sinopack Electronic Technology, Jiangsu Nata Opto-Electronic Material en San'an Optoelectronics; evenals tientallen hogescholen en universiteiten.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
- Bron: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml
