A 800 V-os nagyfeszültségű platformra való frissítés a háromelektromos rendszer beállítását igényli, hogy megfeleljen az elektromos feszültség növekedése által előidézett feszültségállósági és szigetelési megbízhatósági követelményeknek.
A 800 V-os akkumulátorcsomag BMS-költsége körülbelül 1/3-ával magasabb, mint 400 V. Költségoldalon egy 800 V-os akkumulátorcsomag kétszer annyi soros cellát igényel, így kétszer annyi akkumulátor-felügyeleti rendszer (BMS) feszültségérzékelő csatornát igényel. Iman Aghabali és munkatársai számításai szerint egy 400 V-os akkumulátorcsomag teljes BMS-költsége körülbelül 602 USD, a 800 V-os akkumulátoré pedig 818 USD, ami azt jelenti, hogy a 800 V-os akkumulátor körülbelül 1/3-ával magasabb, mint a hogy egy 400V-os akkumulátorcsomagé. A feszültségnövekedés magasabb követelményeket támaszt az akkumulátorcsomag megbízhatóságával szemben. Az akkumulátorcsomagok elemzése azt mutatta, hogy egy 4p5s konfigurációjú csomag megbízhatóan körülbelül 1000 ciklust tud végrehajtani 25°C-on, míg a 2p10s (dupla feszültség, mint a 4p5s) konfigurációjú csomag csak 800 ciklust tudott elérni. A feszültségnövekedés elsősorban azért csökkenti az akkumulátor megbízhatóságát, mert az egyetlen cella élettartama csökken (a töltési teljesítmény növelése után az akkumulátorcella töltési sebessége 1 C-ról ≥ 3 C-ra nő, és a magas töltési sebesség aktív anyagok elvesztését okozza, ami befolyásolja az akkumulátor kapacitását és élettartamát). Az alacsonyabb feszültségű akkumulátorcsomagokban több cella van párhuzamosan csatlakoztatva a nagyobb megbízhatóság érdekében.
A 800 V-os nagyfeszültségű platform kisebb kábelköteg-átmérővel rendelkezik, ami csökkenti a költségeket és a súlyt. A 800 V-os akkumulátorcsomag és a vontatási inverter, a gyorstöltő portok és más nagyfeszültségű rendszerek közötti áramot továbbító egyenáramú kábelek keresztmetszete csökkenthető, csökkentve a költségeket és a súlyt. Például a Tesla Model 3 3/0 AWG rézhuzalt használ az akkumulátorcsomag és a gyorstöltő port között. Egy 800 V-os rendszernél a kábelfelület felezése 1 AWG kábelre 0,76 kg-mal kevesebb rézre lenne szükség kábelméterenként, így több tíz dollár költséget takaríthat meg. Összefoglalva, a 400 V-os rendszerek alacsonyabb BMS-költséggel, valamivel nagyobb energiasűrűséggel és megbízhatósággal rendelkeznek a kisebb kúszási távolságok, valamint a busz és a nyomtatott áramköri lap körüli kisebb elektromos távolsági követelmények miatt. A 800 V-os rendszer viszont kisebb tápkábelekkel és magasabb gyorstöltési sebességgel rendelkezik. Emellett a 800 V-os akkumulátorcsomagokra való átállás a hajtáslánc, különösen a vontatási inverter hatékonyságát is javíthatja. Ez a hatékonyságnövekedés csökkentheti az akkumulátorcsomag méretét. A költségmegtakarítás ezen a területen és a kábelek tekintetében is pótolhatja a 800 V-os akkumulátort. Csomag további BMS költség. A jövőben az alkatrészek nagyüzemi gyártásával, valamint a költség-haszon kiforrott egyensúlyával egyre több elektromos jármű veszi át a 800 V-os busz architektúrát.
2.2.2 Erőteljes akkumulátor: a szupergyors töltés trend lesz
Az új energetikai járművek alapvető energiaforrásaként az akkumulátorcsomag hajtóerőt biztosít a jármű számára. Főleg öt részből áll: akkumulátor modul, szerkezeti rendszer, elektromos rendszer, hőkezelési rendszer és BMS:
1) Az akkumulátormodul olyan, mint az akkumulátorcsomag „szíve”, amely energiát tárol és bocsát ki;
2) A mechanizmusrendszer az akkumulátorcsomag "csontvázának" tekinthető, amely főként az akkumulátorcsomag felső fedeléből, tálcájából és különböző konzolokból áll, amelyek a támasztó, a mechanikai ütésállóság, a víz- és porálló szerepet töltik be;
3) Az elektromos rendszer főként nagyfeszültségű kábelkötegből, alacsony feszültségű kábelkötegből és relékből áll, amelyek közül a nagyfeszültségű kábelköteg energiát ad át különböző alkatrészeknek, az alacsony feszültségű kábelköteg pedig érzékelési jeleket és vezérlőjeleket továbbít. ;
4) A hőkezelési rendszer négy típusra osztható: léghűtéses, vízhűtéses, folyadékhűtéses és fázisváltó anyagok. Az akkumulátor sok hőt termel a töltés és kisütés során, és a hőt a hőkezelő rendszeren keresztül vezetik el, így az akkumulátor ésszerű üzemi hőmérsékleten belül tartható. Az akkumulátor biztonsága és meghosszabbított élettartama;
5) A BMS főként két részből áll, a CMU-ból és a BMU-ból. A CMU (Cell Monitor Unit) egyetlen felügyeleti egység, amely olyan paramétereket mér, mint az akkumulátor feszültsége, áramerőssége és hőmérséklete, és továbbítja az adatokat a BMU-nak (Battery Management Unit, akkumulátor menedzsment egység), ha a BMU kiértékelő adatok rendellenes, az akkumulátor lemerülését kéri, vagy levágja a töltési és kisütési útvonalat az akkumulátor védelme érdekében. autóvezérlő.
A Qianzhan Ipari Kutatóintézet adatai szerint a költségmegosztás szempontjából az új energetikai járművek energiaköltségének 50%-a az akkumulátorcellákban, a teljesítményelektronikában és a PACK-ben egyenként körülbelül 20%-ot, valamint a BMS és a hőkezelési rendszerekben rejlik. 10%-át teszik ki. 2020-ban a globális akkumulátorcsomag beépített kapacitása 136,3 GWh, ami 18,3%-os növekedést jelent 2019-hez képest. A globális akkumulátorcsomag piac mérete a 2011-es körülbelül 3,98 milliárd USD-ról 2017-re 38,6 milliárd USD-ra nőtt. A PACK piaci mérete eléri a 186,3 milliárd USD-t, a CAGR 2011 és 2023 között pedig körülbelül 37,8% lesz, ami hatalmas piaci teret jelez. 2019-ben a kínai akkumulátorcsomag piac mérete 52,248 milliárd jüan volt, a beépített kapacitás pedig a 2012-es 78 500 készletről 2019-ben 1 241 900 készletre nőtt, 73,7%-os CAGR mellett. 2020-ban Kínában az akkumulátorok teljes beépített kapacitása 64 GWh lesz, ami éves szinten 2,9%-os növekedést jelent. Az akkumulátorok gyorstöltésének technikai akadályai magasak, a korlátok pedig összetettek. A lítium-ion akkumulátorok gyorstöltése: Egy áttekintés szerint a lítium-ion akkumulátorok gyorstöltését befolyásoló tényezők különböző szintekből származnak, például atomokból, nanométerekből, cellákból, akkumulátorcsomagokból és rendszerekből, és mindegyik szint számos lehetséges korlátot tartalmaz. A Gaogong lítium akkumulátor szerint a nagy sebességű lítium behelyezés és a negatív elektróda hőkezelése a gyors töltési képesség két kulcsa. 1) A negatív elektróda nagy sebességű lítium interkalációs képessége elkerülheti a lítium kiválását és a lítium-dendriteket, ezáltal elkerülhető az akkumulátor kapacitásának visszafordíthatatlan csökkenése és lerövidül az élettartam. 2) Az akkumulátor sok hőt termel, ha gyorsan felmelegszik, és könnyen rövidre zárható és meggyulladhat. Ugyanakkor az elektrolitnak nagy vezetőképességre van szüksége, és nem reagál a pozitív és negatív elektródákkal, ellenáll a magas hőmérsékletnek, a lángállóságnak és megakadályozza a túltöltést.
A magas nyomás nyilvánvaló előnyei
Elektromos hajtás és elektronikus vezérlőrendszer: Az új energetikai járművek a szilícium-karbid arany évtizedét hirdetik. Az új energiajármű-rendszer architektúrájában a SiC-alkalmazásokat magában foglaló rendszerek főként motorhajtásokat, beépített töltőket (OBC)/offboard töltőcölöpöket és teljesítményátalakító rendszereket (fedélzeti DC/DC) tartalmaznak. A SiC-eszközök nagyobb előnyökkel rendelkeznek az új energetikai járművek alkalmazásaiban. Az IGBT egy bipoláris eszköz, és kikapcsolt állapotban van egy farokáram, ezért nagy a kikapcsolási veszteség. A MOSFET egy egypólusú eszköz, nincs hátsó áram, a SiC MOSFET bekapcsolási ellenállása és kapcsolási vesztesége jelentősen csökken, és az egész tápegység magas hőmérsékletű, nagy hatékonyságú és nagyfrekvenciás jellemzőkkel rendelkezik, ami javíthatja az energiaátalakítási hatékonyságot.
Motorhajtás: A SiC eszközök motorhajtásban való használatának előnye, hogy javítja a vezérlő hatékonyságát, növeli a teljesítménysűrűséget és a kapcsolási frekvenciát, csökkenti a kapcsolási veszteséget és egyszerűsíti az áramköri hűtési rendszert, ezáltal csökkenti a költségeket, a méretet és javítja a teljesítménysűrűséget. A Toyota SiC vezérlője 80%-kal csökkenti az elektromos hajtásvezérlő méretét.
Teljesítményátalakítás: A fedélzeti DC/DC konverter szerepe, hogy a nagyfeszültségű egyenáramot alacsony feszültségű egyenárammá alakítsa át, ezáltal különböző feszültségeket biztosít a különböző rendszerek számára, mint például a teljesítmény meghajtás, a HVAC, az ablak. liftek, belső és külső világítás, infotainment és néhány érzékelő. A SiC eszközök használata csökkenti az áramátalakítási veszteségeket, és lehetővé teszi a hőleadó alkatrészek miniatürizálását, ami kisebb transzformátorokat eredményez. Töltőmodul: A fedélzeti töltők és töltőcölöpök SiC eszközöket használnak, amelyek kihasználják nagy frekvenciájukat, magas hőmérsékletüket és nagyfeszültségüket. A SiC MOSFET-ek használata jelentősen növelheti a fedélzeti/off-board töltők teljesítménysűrűségét, csökkentheti a kapcsolási veszteségeket és javíthatja a hőkezelést. A Wolfspeed szerint a SiC MOSFET-ek használata az autós akkumulátortöltőkben 15%-kal csökkenti a BOM-költséget rendszerszinten; a 400 V-os rendszerrel azonos töltési sebesség mellett a SiC megkétszerezheti a szilícium anyagok töltési kapacitását.
A Tesla vezeti az iparági trendet, és az első, aki SiC-ot használ invertereken. A Tesla Model 3 elektromos hajtási fő invertere az STMicroelectronics teljes szilícium-karbid tápmodulját használja, beleértve a 650 V-os SiC MOSFET-eket, hordozóját pedig a Cree biztosítja. A Tesla jelenleg csak inverterekben használ SiC anyagokat, a jövőben pedig beépített töltőkben (OBC), töltőcölöpökben stb.
angol
