Vysoké napätie poháňa viacero priemyselných reťazí

800V vysokonapäťová platforma má menší priemer káblového zväzku, čo znižuje náklady a hmotnosť. Prierez jednosmerných káblov, ktoré prenášajú energiu medzi 800V batériou a trakčným meničom, rýchlonabíjacími portami a inými vysokonapäťovými systémami, možno zmenšiť, čím sa znížia náklady a hmotnosť. Napríklad Tesla Model 3 používa medený drôt 3/0 AWG medzi batériou a portom rýchleho nabíjania. Pre 800V systém by zníženie plochy kábla na polovicu na 1 kábel AWG vyžadovalo o 0,76 kg menej medi na meter kábla, čím by sa ušetrili desiatky dolárov na nákladoch. Stručne povedané, 400V systémy majú nižšie náklady na BMS, mierne vyššiu hustotu energie a spoľahlivosť vďaka menšej plazivej vzdialenosti a menším požiadavkám na elektrickú vzdialenosť okolo zbernice a dosky plošných spojov. Systém 800 V má na druhej strane menšie napájacie káble a vyššie rýchlosti rýchleho nabíjania. Okrem toho prechod na 800V akumulátory môže tiež zlepšiť účinnosť hnacieho ústrojenstva, najmä trakčného meniča. Toto zvýšenie účinnosti môže zmenšiť veľkosť batérie. Úspora nákladov v tejto oblasti a pri kábloch môže vykompenzovať 800V batéria. Dodatočný poplatok za balík BMS. V budúcnosti, s rozsiahlou výrobou komponentov a vyspelou rovnováhou nákladov a prínosov, bude čoraz viac elektrických vozidiel prijímať architektúru zbernice 800 V.

2.2.2 Napájacia batéria: super rýchle nabíjanie sa stane trendom

Ako hlavný zdroj energie nových energetických vozidiel poskytuje pohonná jednotka energiu pre vozidlo. Skladá sa hlavne z piatich častí: modul napájacej batérie, konštrukčný systém, elektrický systém, systém tepelného manažmentu a BMS:

1) Modul napájacej batérie je ako „srdce“ batérie na ukladanie a uvoľňovanie energie;

2) Systém mechanizmu možno považovať za „kostru“ batérie, ktorá sa skladá hlavne z horného krytu batérie, podnosu a rôznych držiakov, ktoré zohrávajú úlohu podpory, odolnosti voči mechanickým nárazom, vodotesnosti a prachotesnosti;

3) Elektrický systém sa skladá hlavne z vysokonapäťového káblového zväzku, nízkonapäťového káblového zväzku a relé, medzi ktorými vysokonapäťový káblový zväzok prenáša energiu do rôznych komponentov a nízkonapäťový káblový zväzok prenáša detekčné signály a riadiace signály. ;

4) Systém tepelného manažmentu možno rozdeliť do štyroch typov: vzduchom chladené, vodou chladené, kvapalinou chladené materiály a materiály s premenlivou fázou. Batéria generuje počas nabíjania a vybíjania veľa tepla a teplo sa odvádza cez systém riadenia teploty, takže batériu možno udržiavať v primeranej prevádzkovej teplote. Bezpečnosť batérie a predĺžená životnosť;

5) BMS pozostáva hlavne z dvoch častí, CMU a BMU. CMU (Cell Monitor Unit) je jedna monitorovacia jednotka, ktorá meria parametre ako napätie, prúd a teplota batérie a prenáša údaje do BMU (Battery Management Unit, battery management unit), ak sú vyhodnocovacie údaje BMU je abnormálny, vydá požiadavku na vybitie batérie alebo preruší cestu nabíjania a vybíjania, aby sa ochránila batéria. ovládač auta.

Podľa údajov inštitútu Qianzhan Industry Research Institute, z pohľadu rozdelenia nákladov, 50 % nákladov na energiu nových energetických vozidiel spočíva v batériových článkoch, výkonovej elektronike a PACKu, pričom každý predstavuje približne 20 % a BMS a systémy tepelného manažmentu. predstavujú 10 %. V roku 2020 je inštalovaná kapacita globálnej napájacej batérie PACK 136,3 GWh, čo predstavuje nárast o 18,3 % v porovnaní s rokom 2019. Veľkosť trhu globálneho odvetvia napájacích batérií PACK rýchlo vzrástla z približne 3,98 miliardy USD v roku 2011 na 38,6 miliardy USD v roku 2017. Veľkosť trhu PACK dosiahne 186,3 miliardy USD a CAGR od roku 2011 do roku 2023 bude približne 37,8 %, čo naznačuje obrovský trhový priestor. V roku 2019 bola veľkosť čínskeho trhu napájacích batérií PACK 52,248 miliárd juanov a inštalovaná kapacita sa zvýšila zo 78 500 súprav v roku 2012 na 1 241 900 súprav v roku 2019 s CAGR 73,7 %. V roku 2020 bude celková inštalovaná kapacita energetických batérií v Číne 64 GWh, čo predstavuje medziročný nárast o 2,9 %. Technické prekážky rýchleho nabíjania napájacích batérií sú vysoké a obmedzenia sú zložité. Podľa rýchleho nabíjania lítium-iónových batérií: Prehľad, faktory ovplyvňujúce rýchle nabíjanie lítium-iónových batérií pochádzajú z rôznych úrovní, ako sú atómy, nanometre, články, súpravy batérií a systémy, a každá úroveň obsahuje veľa potenciálnych obmedzení. Podľa lítiovej batérie Gaogong sú vysokorýchlostné lítiové vloženie a tepelné riadenie zápornej elektródy dva kľúče k schopnosti rýchleho nabíjania. 1) Vysokorýchlostná interkalačná schopnosť zápornej elektródy lítia môže zabrániť zrážaniu lítia a dendritom lítia, čím sa zabráni nezvratnému poklesu kapacity batérie a skráti sa životnosť. 2) Batéria bude generovať veľa tepla, ak sa rýchlo zahreje, a je ľahké ju skratovať a vznietiť. Elektrolyt zároveň potrebuje vysokú vodivosť a nereaguje s kladnými a zápornými elektródami a môže odolávať vysokej teplote, spomaľovaniu horenia a zabraňuje prebíjaniu.
Zjavné výhody vysokého tlaku

Elektrický pohon a elektronický riadiaci systém: Nové energetické vozidlá propagujú zlatú dekádu karbidu kremíka. Systémy zahŕňajúce aplikácie SiC v novej architektúre systémov energetických vozidiel zahŕňajú hlavne motorové pohony, palubné nabíjačky (OBC)/mimo palubné nabíjacie batérie a systémy konverzie energie (palubné DC/DC). SiC zariadenia majú väčšie výhody v aplikáciách nových energetických vozidiel. IGBT je bipolárne zariadenie a keď je vypnuté, existuje koncový prúd, takže strata pri vypnutí je veľká. MOSFET je unipolárne zariadenie, neexistuje žiadny koncový prúd, odpor pri zapnutí a spínacia strata SiC MOSFET sú výrazne znížené a celé výkonové zariadenie má vysokú teplotu, vysokú účinnosť a vysokofrekvenčné charakteristiky, čo môže zlepšiť účinnosť premeny energie.

Motorový pohon: Výhodou použitia SiC zariadení v motorovom pohone je zlepšenie účinnosti regulátora, zvýšenie hustoty výkonu a spínacej frekvencie, zníženie spínacích strát a zjednodušenie systému chladenia okruhu, čím sa znížia náklady, veľkosť a zlepší sa hustota výkonu. Ovládač SiC od Toyoty zmenšuje veľkosť ovládača elektrického pohonu o 80 %.

Konverzia energie: Úlohou palubného DC/DC meniča je konvertovať vysokonapäťový jednosmerný prúd napájacej batérie na nízkonapäťový jednosmerný prúd, čím poskytuje rôzne napätia pre rôzne systémy, ako je napríklad pohon, HVAC, okno. výťahy, vnútorné a vonkajšie osvetlenie, infotainment a niektoré senzory . Použitie SiC zariadení znižuje straty pri premene energie a umožňuje miniaturizáciu komponentov odvádzajúcich teplo, výsledkom čoho sú menšie transformátory. Nabíjací modul: Palubné nabíjačky a nabíjacie zásobníky využívajú zariadenia SiC, ktoré dokážu využiť ich vysokú frekvenciu, vysokú teplotu a vysoké napätie. Použitie SiC MOSFET môže výrazne zvýšiť hustotu výkonu palubných/mimo palubných nabíjačiek, znížiť straty pri spínaní a zlepšiť tepelné riadenie. Podľa Wolfspeeda použitie SiC MOSFET v nabíjačkách autobatérií zníži náklady na kusovník na úrovni systému o 15 %; pri rovnakej rýchlosti nabíjania ako 400V systém dokáže SiC zdvojnásobiť nabíjaciu kapacitu kremíkových materiálov.

Tesla vedie trend v tomto odvetví a je prvou, ktorá používa SiC na invertoroch. Hlavný menič elektrického pohonu Tesla Model 3 využíva napájací modul STMicroelectronics all-SiC vrátane 650V SiC MOSFET a jeho substrát poskytuje Cree. V súčasnosti Tesla používa iba SiC materiály v invertoroch a SiC je možné v budúcnosti použiť v palubných nabíjačkách (OBC), nabíjacích hromadách atď.