Trecerea la o platformă de înaltă tensiune de 800 V necesită ajustări ale sistemului cu trei electrice pentru a îndeplini cerințele de fiabilitate pentru tensiunea de rezistență și izolație determinate de creșterea tensiunii electrice.
Costul BMS al pachetului de baterii de 800 V este cu aproximativ 1/3 mai mare decât 400 V. Din punct de vedere al costurilor, un pachet de baterii de 800 V necesită de două ori mai multe celule în serie, necesitând astfel de două ori mai multe canale de detectare a tensiunii sistemului de management al bateriei (BMS). Conform calculelor lui Iman Aghabali et al., costul total BMS al unui acumulator de 400 V este de aproximativ 602 USD, iar cel al unui acumulator de 800 V este de 818 USD, ceea ce înseamnă că costul unui acumulator de 800 V este cu aproximativ 1/3 mai mare decât cea a unui acumulator de 400V. Creșterea tensiunii impune cerințe mai mari privind fiabilitatea acumulatorului. Analiza pachetelor de baterii a arătat că un pachet cu o configurație de 4p5s ar putea efectua în mod fiabil aproximativ 1000 de cicluri la 25C, în timp ce un pachet cu o configurație de 2p10s (dublu față de 4p5s) ar putea realiza doar 800 de cicluri. Creșterea tensiunii va reduce fiabilitatea acumulatorului, în principal deoarece durata de viață a unei singure celule este redusă (după ce puterea de încărcare este crescută, rata de încărcare a celulei bateriei va crește de la 1C la ≥3C, iar rata mare de încărcare va provoca pierderea materialelor active, afectând capacitatea și durata de viață a bateriei). În pachetele de baterii de tensiune mai mică, mai multe celule sunt conectate în paralel pentru o fiabilitate mai mare.
Platforma de înaltă tensiune de 800 V are un diametru mai mic al cablajului de sârmă, reducând costurile și greutatea. Secțiunea transversală a cablurilor de curent continuu care transferă puterea între acumulatorul de 800V și invertorul de tracțiune, porturile de încărcare rapidă și alte sisteme de înaltă tensiune poate fi redusă, reducând costurile și greutatea. De exemplu, Tesla Model 3 folosește fir de cupru 3/0 AWG între acumulator și portul de încărcare rapidă. Pentru un sistem de 800 V, înjumătățirea suprafeței cablului la un cablu AWG ar necesita cu 0,76 kg mai puțin cupru pe metru de cablu, economisind astfel zeci de dolari la cost. În rezumat, sistemele de 400 V au un cost BMS mai mic, o densitate de energie și o fiabilitate ușor mai mari datorită distanțelor de curgere mai reduse și cerințelor mai puține de spațiu electric în jurul magistralei și PCB. Sistemul de 800 V, pe de altă parte, are cabluri de alimentare mai mici și rate mai mari de încărcare rapidă. În plus, trecerea la baterii de 800 V poate îmbunătăți și eficiența grupului motopropulsor, în special a invertorului de tracțiune. Această creștere a eficienței poate face dimensiunea pachetului de baterii mai mică. Economiile de costuri în acest domeniu și în ceea ce privește cablurile pot compensa bateria de 800V. Cost suplimentar BMS pachet. În viitor, odată cu producția pe scară largă de componente și echilibrul matur între costuri și beneficii, tot mai multe vehicule electrice vor adopta arhitectura autobuzului de 800V.
2.2.2 Baterie de alimentare: încărcarea super rapidă va deveni o tendință
Ca sursă de energie de bază a vehiculelor cu energie noi, pachetul de baterii de putere oferă putere de conducere pentru vehicul. Este compus în principal din cinci părți: modulul bateriei de alimentare, sistemul structural, sistemul electric, sistemul de management termic și BMS:
1) Modulul bateriei de putere este ca „inima” acumulatorului pentru a stoca și elibera energie;
2) Sistemul de mecanism poate fi privit ca „scheletul” pachetului de baterii, care este compus în principal din capacul superior al acumulatorului, tavă și diverse suporturi, care joacă rolul de suport, rezistență la șocuri mecanice, impermeabil și rezistent la praf;
3) Sistemul electric este compus în principal din cablaj de înaltă tensiune, cablaj de joasă tensiune și relee, printre care cablajul de înaltă tensiune transmite putere către diferite componente, iar cablajul de joasă tensiune transmite semnale de detectare și semnale de control ;
4) Sistemul de management termic poate fi împărțit în patru tipuri: materiale răcite cu aer, răcite cu apă, răcite cu lichid și schimbătoare de fază. Bateria generează multă căldură în timpul încărcării și descărcării, iar căldura este disipată prin sistemul de management termic, astfel încât bateria să poată fi menținută la o temperatură de funcționare rezonabilă. Siguranța bateriei și viață extinsă;
5) BMS constă în principal din două părți, CMU și BMU. CMU (Cell Monitor Unit) este o singură unitate de monitorizare, care măsoară parametri precum tensiunea, curentul și temperatura bateriei și transmite datele către BMU (Battery Management Unit, baterie management unit), dacă datele de evaluare BMU este anormal, va emite o solicitare a bateriei scăzute sau va întrerupe calea de încărcare și descărcare pentru a proteja bateria. controler auto.
Conform datelor Qianzhan Industry Research Institute, din perspectiva împărțirii costurilor, 50% din costul energiei vehiculelor cu energie noi se află în celulele bateriei, electronica de putere și PACK fiecare reprezintă aproximativ 20%, iar BMS și sistemele de management termic reprezintă 10%. În 2020, capacitatea instalată a PACK-ului de baterii de putere globală este de 136,3 GWh, o creștere de 18,3% față de 2019. Mărimea pieței industriei globale a PACK-urilor de baterii de putere a crescut rapid de la aproximativ 3,98 miliarde USD în 2011 la 38,6 miliarde USD în 2017. Dimensiunea pieței PACK va ajunge la 186,3 miliarde USD, iar CAGR din 2011 până în 2023 va fi de aproximativ 37,8%, indicând un spațiu de piață uriaș. În 2019, dimensiunea pieței PACK de baterii din China a fost de 52,248 miliarde de yuani, iar capacitatea instalată a crescut de la 78.500 de seturi în 2012 la 1.241.900 de seturi în 2019, cu un CAGR de 73,7%. În 2020, capacitatea totală instalată a bateriilor de putere în China va fi de 64 GWh, o creștere de la an la an de 2,9%. Barierele tehnice în calea încărcării rapide a bateriilor de putere sunt mari, iar constrângerile sunt complexe. În conformitate cu încărcarea rapidă a bateriilor cu litiu-ion: o revizuire, factorii care afectează încărcarea rapidă a bateriilor litiu-ion provin de la diferite niveluri, cum ar fi atomii, nanometrii, celulele, acumulatorii și sistemele, iar fiecare nivel conține multe constrângeri potențiale. Potrivit bateriei cu litiu Gaogong, inserția de litiu de mare viteză și gestionarea termică a electrodului negativ sunt cele două chei pentru capacitatea de încărcare rapidă. 1) Capacitatea de intercalare cu litiu de mare viteză a electrodului negativ poate evita precipitarea de litiu și dendritele de litiu, evitând astfel scăderea ireversibilă a capacității bateriei și scurtând durata de viață. 2) Bateria va genera multă căldură dacă se încălzește rapid și este ușor de scurtcircuitat și de a lua foc. În același timp, electrolitul are nevoie, de asemenea, de conductivitate ridicată și nu reacționează cu electrozii pozitivi și negativi și poate rezista la temperaturi ridicate, rezistență la flacără și poate preveni supraîncărcarea.
Avantajele evidente ale presiunii ridicate
Acționare electrică și sistem de control electronic: Noile vehicule cu energie promovează deceniul de aur al carburii de siliciu. Sistemele care implică aplicații SiC în noua arhitectură a sistemelor de vehicule energetice includ în principal motoare, încărcătoare la bord (OBC)/pilele de încărcare în afara bordului și sisteme de conversie a puterii (DC/DC la bord). Dispozitivele SiC au avantaje mai mari în aplicațiile vehiculelor cu energie noi. IGBT este un dispozitiv bipolar și există un curent de coadă atunci când este oprit, astfel încât pierderea de oprire este mare. MOSFET este un dispozitiv unipolar, nu există curent de coadă, rezistența la pornire și pierderile de comutare ale MOSFET SiC sunt mult reduse, iar întregul dispozitiv de putere are caracteristici de temperatură ridicată, eficiență ridicată și frecvență înaltă, ceea ce poate îmbunătăți eficiența conversiei energiei.
Acționare cu motor: Avantajul utilizării dispozitivelor SiC în acționarea motorului este de a îmbunătăți eficiența controlerului, de a crește densitatea de putere și de frecvența de comutare, de a reduce pierderile de comutare și de a simplifica sistemul de răcire a circuitului, reducând astfel costul, dimensiunea și îmbunătățirea densității de putere. Controlerul SiC de la Toyota reduce dimensiunea controlerului de acționare electrică cu 80%.
Conversia puterii: Rolul convertorului DC/DC de la bord este de a converti curentul continuu de înaltă tensiune ieșit de bateria de putere în curent continuu de joasă tensiune, oferind astfel tensiuni diferite pentru diferite sisteme, cum ar fi propulsia electrică, HVAC, fereastră. ascensoare, iluminare interioară și exterioară, infotainment și unii senzori . Utilizarea dispozitivelor SiC reduce pierderile de conversie a puterii și permite miniaturizarea componentelor de disipare a căldurii, rezultând transformatoare mai mici. Modul de încărcare: Încărcătoarele și pilele de încărcare de la bord folosesc dispozitive SiC, care pot profita de frecvența înaltă, temperatura ridicată și tensiunea înaltă. Utilizarea MOSFET-urilor SiC poate crește semnificativ densitatea de putere a încărcătoarelor de la bord/off-board, poate reduce pierderile de comutare și poate îmbunătăți gestionarea termică. Potrivit Wolfspeed, utilizarea MOSFET-urilor SiC în încărcătoarele de baterii auto va reduce costul BOM la nivel de sistem cu 15%; la aceeași viteză de încărcare a unui sistem de 400 V, SiC poate dubla capacitatea de încărcare a materialelor din siliciu.
Tesla conduce tendința din industrie și este primul care folosește SiC pe invertoare. Invertorul principal cu acționare electrică al Tesla Model 3 folosește modulul de putere integral SiC al STMicroelectronics, inclusiv MOSFET-uri SiC de 650 V, iar substratul său este furnizat de Cree. În prezent, Tesla folosește doar materiale SiC în invertoare, iar SiC poate fi folosit în încărcătoare de bord (OBC), grămezi de încărcare etc. în viitor.
Engleză
