Vysoké napětí pohání několik průmyslových řetězů

800V vysokonapěťová platforma má menší průměr kabelového svazku, což snižuje náklady a hmotnost. Průřez stejnosměrných kabelů, které přenášejí energii mezi 800V baterií a trakčním měničem, porty pro rychlé nabíjení a dalšími vysokonapěťovými systémy, lze zmenšit, čímž se sníží náklady a hmotnost. Například Tesla Model 3 používá měděný drát 3/0 AWG mezi baterií a portem pro rychlé nabíjení. U 800V systému by snížení plochy kabelu na polovinu na 1 kabel AWG vyžadovalo o 0,76 kg méně mědi na metr kabelu, čímž by se ušetřily náklady v řádu desítek dolarů. Stručně řečeno, 400V systémy mají nižší náklady na BMS, mírně vyšší hustotu energie a spolehlivost díky menším povrchovým vzdálenostem a menším požadavkům na elektrickou vzdálenost kolem sběrnice a desky plošných spojů. Systém 800 V má na druhou stranu menší napájecí kabely a vyšší rychlost rychlého nabíjení. Kromě toho může přechod na 800V akumulátory také zlepšit účinnost hnacího ústrojí, zejména trakčního měniče. Toto zvýšení účinnosti může zmenšit velikost baterie. Úspora nákladů v této oblasti a z hlediska kabelů může vyrovnat 800V baterii. Příplatek za balíček BMS. V budoucnu, s rozsáhlou výrobou komponentů a vyspělou rovnováhou nákladů a přínosů, bude stále více elektrických vozidel přijímat architekturu sběrnice 800V.

2.2.2 Napájecí baterie: superrychlé nabíjení se stane trendem

Jako hlavní zdroj energie nových energetických vozidel poskytuje napájecí baterie PACK hnací sílu pro vozidlo. Skládá se hlavně z pěti částí: modul napájecí baterie, konstrukční systém, elektrický systém, systém řízení teploty a BMS:

1) Modul napájecí baterie je jako „srdce“ sady baterií pro ukládání a uvolňování energie;

2) Systém mechanismu lze považovat za „kostru“ baterie, která se skládá hlavně z horního krytu baterie, přihrádky a různých držáků, které hrají roli podpory, odolnosti proti mechanickým nárazům, vodě a prachu;

3) Elektrický systém se skládá hlavně z vysokonapěťového kabelového svazku, nízkonapěťového kabelového svazku a relé, mezi nimiž vysokonapěťový kabelový svazek přenáší energii do různých součástí a nízkonapěťový kabelový svazek přenáší detekční signály a řídicí signály ;

4) Systém tepelného managementu lze rozdělit do čtyř typů: vzduchem chlazené, vodou chlazené, kapalinou chlazené materiály a materiály s proměnnou fází. Baterie generuje během nabíjení a vybíjení velké množství tepla a teplo je odváděno systémem řízení teploty, takže lze baterii udržovat v rozumné provozní teplotě. Bezpečnost baterie a prodloužená životnost;

5) BMS se skládá hlavně ze dvou částí, CMU a BMU. CMU (Cell Monitor Unit) je jedna monitorovací jednotka, která měří parametry, jako je napětí, proud a teplota baterie, a přenáší data do BMU (Battery Management Unit, battery management unit), pokud jsou vyhodnocovací data BMU je abnormální, vydá požadavek na vybití baterie nebo přeruší nabíjecí a vybíjecí dráhu, aby byla baterie chráněna. ovladač auta.

Podle údajů Qianzhan Industry Research Institute, z pohledu rozdělení nákladů, 50 % nákladů na energii u nových energetických vozidel spočívá v bateriových článcích, výkonové elektronice a PACKu, každý tvoří asi 20 %, a BMS a systémech tepelného managementu. představují 10 %. V roce 2020 je instalovaná kapacita globální napájecí baterie PACK 136,3 GWh, což je nárůst o 18,3 % ve srovnání s rokem 2019. Velikost trhu globálního odvětví napájecích baterií PACK rychle vzrostla z přibližně 3,98 miliardy USD v roce 2011 na 38,6 miliardy USD v roce 2017 Velikost trhu PACK dosáhne 186,3 miliard USD a CAGR od roku 2011 do roku 2023 bude asi 37,8 %, což ukazuje na obrovský tržní prostor. V roce 2019 byla velikost čínského trhu napájecích baterií PACK 52,248 miliard juanů a instalovaná kapacita se zvýšila ze 78 500 sad v roce 2012 na 1 241 900 sad v roce 2019 s CAGR 73,7 %. V roce 2020 bude celková instalovaná kapacita napájecích baterií v Číně 64 GWh, což představuje meziroční nárůst o 2,9 %. Technické překážky rychlého nabíjení napájecích baterií jsou vysoké a omezení jsou složitá. Podle rychlého nabíjení lithium-iontových baterií: Přehled, faktory ovlivňující rychlé nabíjení lithium-iontových baterií pocházejí z různých úrovní, jako jsou atomy, nanometry, články, baterie a systémy, a každá úroveň obsahuje mnoho potenciálních omezení. Podle lithiové baterie Gaogong jsou vysokorychlostní lithiové vkládání a tepelné řízení záporné elektrody dva klíče k rychlému nabíjení. 1) Vysokorychlostní lithiová interkalační schopnost záporné elektrody může zabránit srážení lithia a lithiových dendritů, čímž se zabrání nevratnému poklesu kapacity baterie a zkrácení životnosti. 2) Baterie bude generovat velké množství tepla, pokud se rychle zahřeje, a lze ji snadno zkratovat a vznítit. Elektrolyt zároveň potřebuje vysokou vodivost a nereaguje s kladnými a zápornými elektrodami a může odolat vysoké teplotě, zpomalovat hoření a zabránit přebíjení.
Zjevné výhody vysokého tlaku

Elektrický pohon a elektronický řídicí systém: Nová energetická vozidla propagují zlatou dekádu karbidu křemíku. Systémy zahrnující aplikace SiC v nové architektuře systémů energetických vozidel zahrnují především motorové pohony, palubní nabíječky (OBC)/mimo palubní nabíjecí piloty a systémy přeměny energie (on-board DC/DC). Zařízení SiC mají větší výhody v aplikacích nových energetických vozidel. IGBT je bipolární zařízení a při jeho vypnutí dochází ke koncovému proudu, takže ztráta při vypínání je velká. MOSFET je unipolární zařízení, neexistuje žádný koncový proud, odpor při zapnutí a spínací ztráta SiC MOSFET jsou výrazně sníženy a celé výkonové zařízení má vysokou teplotu, vysokou účinnost a vysokofrekvenční charakteristiky, které mohou zlepšit účinnost přeměny energie.

Motorový pohon: Výhodou použití SiC zařízení v motorovém pohonu je zlepšení účinnosti regulátoru, zvýšení hustoty výkonu a spínací frekvence, snížení spínacích ztrát a zjednodušení systému chlazení okruhu, čímž se sníží náklady, velikost a zlepší se hustota výkonu. Ovladač SiC od Toyoty zmenšuje velikost ovladače elektrického pohonu o 80 %.

Konverze napájení: Úlohou palubního DC/DC konvertoru je převádět vysokonapěťový stejnosměrný proud z napájecí baterie na nízkonapěťový stejnosměrný proud, čímž poskytuje různá napětí pro různé systémy, jako je pohon, HVAC, okna. výtahy, vnitřní a vnější osvětlení, infotainment a některé senzory . Použití SiC zařízení snižuje ztráty při přeměně energie a umožňuje miniaturizaci součástek pro odvod tepla, což vede k menším transformátorům. Nabíjecí modul: Palubní nabíječky a nabíjecí hromady využívají SiC zařízení, která mohou využít jejich vysoké frekvence, vysoké teploty a vysokého napětí. Použití SiC MOSFETů může výrazně zvýšit hustotu výkonu palubních/mimo palubních nabíječek, snížit ztráty spínáním a zlepšit tepelné řízení. Podle Wolfspeeda použití SiC MOSFETů v nabíječkách autobaterií sníží náklady na kusovník na úrovni systému o 15 %; při stejné rychlosti nabíjení jako u 400V systému může SiC zdvojnásobit nabíjecí kapacitu křemíkových materiálů.

Tesla vede trend v oboru a je první, kdo používá SiC na měničích. Hlavní invertor elektrického pohonu Tesla Model 3 využívá all-SiC napájecí modul STMicroelectronics, včetně 650V SiC MOSFETů, a jeho substrát poskytuje Cree. V současné době Tesla používá pouze materiály SiC v invertorech a SiC lze v budoucnu použít v palubních nabíječkách (OBC), nabíjecích hromadách atd.