Päivitys 800 V:n suurjännitealustaan vaatii kolmen sähköjärjestelmän säätöjä, jotta se täyttää sähköjännitteen nousun aiheuttamat luotettavuusvaatimukset jännitteen ja eristyksen suhteen.
800 V akun BMS-hinta on noin 1/3 korkeampi kuin 400 V. Kustannuspuolella 800 V:n akkupakkaus vaatii kaksi kertaa niin monta kennoa sarjassa, mikä vaatii kaksi kertaa enemmän akunhallintajärjestelmän (BMS) jännitteentunnistuskanavia. Iman Aghabalin ym. laskelmien mukaan 400 V:n akun kokonaiskustannukset ovat noin 602 dollaria ja 800 V akun 818 dollaria, mikä tarkoittaa, että 800 V akun hinta on noin 1/3 korkeampi kuin kuin 400 V akku. Jännitteen nousu asettaa korkeampia vaatimuksia akun luotettavuudelle. Akkupakettien analyysi osoitti, että 4p5s-konfiguraatiolla varustettu akku pystyi luotettavasti suorittamaan noin 1000 sykliä 25C:ssa, kun taas akku, jonka konfiguraatio on 2p10s (kaksinkertainen jännite kuin 4p5s) pystyi saavuttamaan vain 800 jaksoa. Jännitteen nousu heikentää akun luotettavuutta pääasiassa siksi, että yksittäisen kennon käyttöikä lyhenee (kun lataustehoa on lisätty, akkukennon latausnopeus kasvaa 1 C:sta ≥ 3 C:een ja korkea latausnopeus aiheuttaa aktiivisten materiaalien menetystä, mikä vaikuttaa akun kapasiteettiin ja käyttöikään). Alhaisemman jännitteen akuissa useampi kenno on kytketty rinnan luotettavuuden parantamiseksi.
800 V:n suurjännitealustalla on pienempi johdinsarjan halkaisija, mikä vähentää kustannuksia ja painoa. 800 V akun ja vetoinvertterin, pikalatausporttien ja muiden suurjännitejärjestelmien välillä tehoa siirtävien DC-kaapeleiden poikkipinta-alaa voidaan pienentää, mikä vähentää kustannuksia ja painoa. Esimerkiksi Tesla Model 3 käyttää 3/0 AWG kuparilankaa akun ja pikalatausportin välillä. 800 V:n järjestelmässä kaapelialueen puolittaminen yhteen AWG-kaapeliin vaatisi 0,76 kg vähemmän kuparia kaapelimetriä kohden, mikä säästää kymmeniä dollareita kustannuksissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että 400 V:n järjestelmillä on alhaisemmat BMS-kustannukset, hieman korkeampi energiatiheys ja luotettavuus, koska väylän ja piirilevyn ympärillä on vähemmän virtausetäisyyksiä ja pienempiä sähkövaravaatimuksia. 800 V järjestelmässä sen sijaan on pienemmät virtajohdot ja korkeammat nopeat latausnopeudet. Lisäksi siirtyminen 800 V akkuihin voi myös parantaa voimansiirron, erityisesti ajoinvertterin, hyötysuhdetta. Tämä tehokkuuden kasvu voi pienentää akun kokoa. Kustannussäästöt tällä alueella ja kaapeleissa voivat korvata 800 V akun. Paketin lisäkustannukset BMS:stä. Tulevaisuudessa komponenttien laajamittaisen tuotannon ja kypsän kustannus-hyötysuhteen myötä yhä useammat sähköajoneuvot ottavat käyttöön 800 V:n väyläarkkitehtuurin.
2.2.2 Tehoakku: supernopeasta latauksesta tulee trendi
Uusien energiaajoneuvojen ydinenergianlähteenä akkupaketti tarjoaa ajoneuvolle ajovoimaa. Se koostuu pääasiassa viidestä osasta: tehoakkumoduuli, rakennejärjestelmä, sähköjärjestelmä, lämmönhallintajärjestelmä ja BMS:
1) Virta-akkumoduuli on kuin akun "sydän", joka varastoi ja vapauttaa energiaa;
2) Mekanismijärjestelmää voidaan pitää akun "luurankona", joka koostuu pääasiassa akun yläkannessa, lokerosta ja erilaisista kiinnikkeistä, joilla on tuki, mekaaninen iskunkestävyys, vesitiivis ja pölytiivis;
3) Sähköjärjestelmä koostuu pääasiassa suurjännitejohtosarjasta, pienjännitejohtosarjasta ja releistä, joista suurjännitejohtosarja välittää tehoa eri komponentteihin ja pienjännitejohtosarja lähettää tunnistussignaaleja ja ohjaussignaaleja ;
4) Lämmönhallintajärjestelmä voidaan jakaa neljään tyyppiin: ilmajäähdytteiset, vesijäähdytteiset, nestejäähdytteiset ja faasia muuttavat materiaalit. Akku tuottaa paljon lämpöä latauksen ja purkamisen aikana, ja lämpö haihtuu lämmönhallintajärjestelmän kautta, jotta akku voidaan pitää kohtuullisessa käyttölämpötilassa. Akun turvallisuus ja pidempi käyttöikä;
5) BMS koostuu pääasiassa kahdesta osasta, CMU:sta ja BMU:sta. CMU (Cell Monitor Unit) on yksittäinen valvontayksikkö, joka mittaa parametreja, kuten akun jännitettä, virtaa ja lämpötilaa, ja lähettää tiedot BMU:lle (Battery Management Unit, akun hallintayksikkö), jos BMU-arviointitiedot on epänormaali, se lähettää alhaisen akun varauspyynnön tai katkaisee lataus- ja purkupolun akun suojaamiseksi. auton ohjain.
Qianzhan Industry Research Instituten tietojen mukaan kustannusten jakautumisen näkökulmasta uusien energiaajoneuvojen tehokustannuksista 50 % on akkukennoissa, tehoelektroniikassa ja PACKissa kukin noin 20 % sekä BMS- ja lämmönhallintajärjestelmät. osuus on 10 prosenttia. Vuonna 2020 maailmanlaajuisen akkupakkauksen asennettu kapasiteetti on 136,3 GWh, mikä on 18,3 % kasvua vuoteen 2019 verrattuna. Globaalin akkupakkauksen markkinakoko on kasvanut nopeasti noin 3,98 miljardista Yhdysvaltain dollarista vuonna 2011 38,6 miljardiin dollariin vuonna 2017. PACKin markkinakoko nousee 186,3 miljardiin dollariin, ja CAGR vuosina 2011–2023 on noin 37,8 %, mikä osoittaa valtavan markkinatilanteen. Vuonna 2019 Kiinan tehoakkupakettien markkinakoko oli 52,248 miljardia yuania, ja asennettu kapasiteetti kasvoi 78 500 sarjasta vuonna 2012 1 241 900 laitteeseen vuonna 2019, ja CAGR oli 73,7 %. Vuonna 2020 akkujen kokonaiskapasiteetti Kiinassa on 64 GWh, mikä on 2,9 % enemmän kuin vuotta aiemmin. Tehoakkujen nopean latauksen tekniset esteet ovat korkeat ja rajoitukset monimutkaisia. Lithium-ion-akkujen pikalataus: Katsauksen mukaan litiumioniakkujen nopeaan lataukseen vaikuttavat tekijät tulevat eri tasoilta, kuten atomeista, nanometreistä, kennoista, akkupakkauksista ja järjestelmistä, ja jokainen taso sisältää monia mahdollisia rajoituksia. Gaogongin litiumakun mukaan nopea litiumin lisäys ja negatiivisen elektrodin lämmönhallinta ovat kaksi avainta nopeaan latauskykyyn. 1) Negatiivisen elektrodin nopea litiumin interkalaatiokyky voi välttää litiumin saostumisen ja litiumdendriitit, mikä estää akun kapasiteetin peruuttamattoman heikkenemisen ja lyhentää käyttöikää. 2) Akku tuottaa paljon lämpöä, jos se kuumenee nopeasti, ja se on helppo oikosulku ja syttyminen. Samanaikaisesti elektrolyytti tarvitsee myös korkean johtavuuden, eikä se reagoi positiivisten ja negatiivisten elektrodien kanssa, ja se kestää korkeaa lämpötilaa, palonestokykyä ja estää ylilatauksen.
Korkean paineen selvät edut
Sähkökäyttö ja elektroninen ohjausjärjestelmä: Uudet energiaajoneuvot edistävät piikarbidin kultaista vuosikymmentä. Uuden energiaajoneuvon järjestelmäarkkitehtuurin piikarbidisovelluksia sisältävät järjestelmät sisältävät pääasiassa moottorikäyttöjä, sisäänrakennettuja latureita (OBC)/off-board-latauspaaluja ja tehonmuunnosjärjestelmiä (on-board DC/DC). SiC-laitteilla on enemmän etuja uusissa energiaajoneuvoissa. IGBT on kaksinapainen laite, ja siinä on takavirta, kun se sammutetaan, joten sammutushäviö on suuri. MOSFET on yksinapainen laite, siinä ei ole takavirtaa, SiC MOSFETin päällekytkentä- ja kytkentähäviö pienenee huomattavasti, ja koko teholaitteella on korkea lämpötila, korkea hyötysuhde ja korkeat taajuudet, jotka voivat parantaa energian muunnostehokkuutta.
Moottorikäyttö: SiC-laitteiden käytön etu moottorikäytössä on parantaa ohjaimen tehokkuutta, lisätä tehotiheyttä ja kytkentätaajuutta, vähentää kytkentähäviöitä ja yksinkertaistaa piirin jäähdytysjärjestelmää, mikä vähentää kustannuksia, kokoa ja parantaa tehotiheyttä. Toyotan SiC-ohjain pienentää sähköisen ajoohjaimen kokoa 80 %.
Tehonmuunnos: Sisäisen DC/DC-muuntimen tehtävänä on muuntaa tehoakun korkeajännitteinen tasavirta matalajännitteiseksi tasavirraksi, mikä tarjoaa erilaisia jännitteitä eri järjestelmille, kuten tehonsyöttöön, LVI-muuntimeen, ikkunaan. hissit, sisä- ja ulkovalaistus, infotainment ja jotkut anturit. SiC-laitteiden käyttö pienentää tehon muunnoshäviöitä ja mahdollistaa lämpöä hajottavien komponenttien pienentämisen, mikä johtaa pienempiin muuntajiin. Latausmoduuli: Sisäänrakennetut laturit ja latauspaalut käyttävät SiC-laitteita, jotka voivat hyödyntää korkeaa taajuutta, korkeaa lämpötilaa ja korkeaa jännitettä. SiC MOSFET:ien käyttö voi lisätä merkittävästi sisäisten/off-board-laturien tehotiheyttä, vähentää kytkentähäviöitä ja parantaa lämmönhallintaa. Wolfspeedin mukaan SiC MOSFET:ien käyttö auton akkulatureissa alentaa BOM-kustannuksia järjestelmätasolla 15 %; samalla latausnopeudella kuin 400 V:n järjestelmässä, SiC voi kaksinkertaistaa piimateriaalien latauskapasiteetin.
Tesla on alan johtava trendi ja on ensimmäinen, joka käyttää piikarbidia inverttereissä. Tesla Model 3:n sähkökäyttöinen pääinvertteri käyttää STMicroelectronicsin all-SiC-virtamoduulia, mukaan lukien 650 V:n SiC MOSFETit, ja sen substraatin toimittaa Cree. Tällä hetkellä Tesla käyttää piikarbidimateriaaleja vain inverttereissä, ja jatkossa piikarbidia voidaan käyttää sisäisissä latureissa (OBC), latauspaaluissa jne.
Englanti
