800V yüksek voltajlı bir platforma yükseltme, elektrik voltajındaki artışın getirdiği dayanım voltajı ve izolasyona ilişkin güvenilirlik gereksinimlerini karşılamak için üç elektrik sisteminde ayarlamalar yapılmasını gerektirir.
800V akü paketinin BMS maliyeti 400V'a göre yaklaşık 1/3 daha yüksektir. Maliyet açısından bakıldığında, 800V'luk bir akü paketi iki kat daha fazla seri hücre gerektirir, dolayısıyla iki kat daha fazla akü yönetim sistemi (BMS) voltaj algılama kanalı gerektirir. Iman Aghabali ve arkadaşlarının hesaplamalarına göre, 400V'luk bir pil paketinin toplam BMS maliyeti yaklaşık 602$, 800V'luk bir pil paketinin maliyeti ise 818$'dır; bu da 800V'luk bir pil paketinin maliyetinin yaklaşık 1/3 daha yüksek olduğu anlamına gelir. 400V'luk bir pil paketininki. Voltaj artışı, pil takımının güvenilirliği konusunda daha yüksek gereksinimler ortaya koyuyor. Pil paketlerinin analizi, 4p5s konfigürasyonuna sahip bir paketin 25°C'de yaklaşık 1000 döngüyü güvenilir bir şekilde gerçekleştirebildiğini, 2p10s (4p5s'nin iki katı voltaj) konfigürasyonuna sahip bir paketin ise yalnızca 800 döngü gerçekleştirebildiğini gösterdi. Gerilim artışı, esas olarak tek bir hücrenin ömrünün azalması nedeniyle pil takımının güvenilirliğini azaltacaktır (şarj gücü artırıldıktan sonra, pil hücresinin şarj oranı 1C'den ≥3C'ye artırılacak ve yüksek şarj oranı aktif maddelerin kaybına neden olacak, pil kapasitesini ve ömrünü etkileyecektir). Düşük voltajlı akü paketlerinde daha fazla güvenilirlik için daha fazla hücre paralel olarak bağlanır.
800V yüksek gerilim platformunun kablo demeti çapı daha küçük olduğundan maliyeti ve ağırlığı azaltır. 800V akü grubu ile çekiş invertörü, hızlı şarj portları ve diğer yüksek gerilim sistemleri arasında güç aktaran DC kabloların kesit alanı azaltılarak maliyet ve ağırlık azaltılabilir. Örneğin Tesla Model 3, pil takımı ile hızlı şarj portu arasında 3/0 AWG bakır tel kullanıyor. 800V'luk bir sistem için, kablo alanını 1 AWG kabloya indirmek, metre kablo başına 0,76 kg daha az bakır gerektirecektir, dolayısıyla maliyetten onlarca dolar tasarruf edilecektir. Özetle, 400V sistemler daha düşük BMS maliyetine, biraz daha yüksek enerji yoğunluğuna ve veri yolu ve PCB çevresinde daha az kaçak mesafesi ve daha az elektriksel açıklık gereksinimi nedeniyle güvenilirliğe sahiptir. 800V sistemi ise daha küçük güç kablolarına ve daha yüksek hızlı şarj oranlarına sahiptir. Ayrıca 800V akü gruplarına geçiş, güç aktarma organlarının, özellikle çekiş invertörünün verimliliğini de artırabilir. Verimlilikteki bu artış, pil takımının boyutunu küçültebilir. Bu alanda ve kablolar açısından sağlanan maliyet tasarrufu, 800V aküyü telafi edebilir. Paket ek BMS maliyeti. Gelecekte, bileşenlerin büyük ölçekli üretimi ve olgun maliyet-fayda dengesiyle birlikte, giderek daha fazla elektrikli araç 800V otobüs mimarisini benimseyecek.
2.2.2 Güç pili: süper hızlı şarj bir trend haline gelecek
Yeni enerji araçlarının temel enerji kaynağı olan güç aküsü PACK, araca sürüş gücü sağlar. Esas olarak beş bölümden oluşur: güç aküsü modülü, yapısal sistem, elektrik sistemi, termal yönetim sistemi ve BMS:
1) Güç pili modülü, enerjiyi depolamak ve serbest bırakmak için pil takımının "kalbi" gibidir;
2) Mekanizma sistemi, esas olarak pil takımının üst kapağı, tepsisi ve destek, mekanik şok direnci, su geçirmez ve toz geçirmez rollerini oynayan çeşitli braketlerden oluşan pil takımının "iskeleti" olarak kabul edilebilir;
3) Elektrik sistemi esas olarak yüksek gerilim kablo demeti, alçak gerilim kablo demeti ve rölelerden oluşur; bunların arasında yüksek gerilim kablo demeti çeşitli bileşenlere güç iletir ve alçak gerilim kablo demeti algılama sinyallerini ve kontrol sinyallerini iletir. ;
4) Termal yönetim sistemi dört türe ayrılabilir: hava soğutmalı, su soğutmalı, sıvı soğutmalı ve faz değiştiren malzemeler. Pil, şarj etme ve boşaltma sırasında çok fazla ısı üretir ve ısı, termal yönetim sistemi aracılığıyla dağıtılır, böylece pil makul bir çalışma sıcaklığında tutulabilir. Pil güvenliği ve uzun ömür;
5) BMS temel olarak CMU ve BMU olmak üzere iki bölümden oluşur. CMU (Hücre İzleme Birimi), akünün voltajı, akımı ve sıcaklığı gibi parametreleri ölçen ve BMU değerlendirme verileri olması durumunda verileri BMU'ya (Akü Yönetim Birimi, akü yönetim birimi) ileten tek bir izleme ünitesidir. Anormalse, düşük pil uyarısı verir veya pili korumak için şarj ve deşarj yolunu keser. araba kontrolörü.
Qianzhan Endüstri Araştırma Enstitüsü'nün verilerine göre, maliyet paylaşımı perspektifinden bakıldığında, yeni enerji araçlarının güç maliyetinin %50'si akü hücrelerinde, güç elektroniklerinde ve PACK'in her biri yaklaşık %20'ye karşılık gelir ve BMS ve termal yönetim sistemlerinde yatmaktadır. %10'unu oluşturur. 2020 yılında küresel güç pili PACK'in kurulu kapasitesi, 2019'a kıyasla %18,3 artışla 136,3 GWh oldu. Küresel güç pili PACK endüstrisinin pazar büyüklüğü, 2011'de yaklaşık 3,98 milyar ABD dolarından 2017'de 38,6 milyar ABD dolarına hızla büyüdü. PACK'in pazar büyüklüğü 186,3 milyar ABD dolarına ulaşacak ve 2011'den 2023'e kadar olan CAGR yaklaşık %37,8 olacak ve bu da büyük bir pazar alanına işaret edecek. 2019 yılında Çin'in güç pili PACK pazar büyüklüğü 52.248 milyar yuan oldu ve kurulu kapasite 2012'de 78.500 setten 2019'da %73,7'lik bir CAGR ile 1.241.900 sete yükseldi. 2020 yılında Çin'deki güç pillerinin toplam kurulu kapasitesi yıllık %2,9 artışla 64 GWh olacak. Güç pillerinin hızlı şarj edilmesinin önündeki teknik engeller yüksek ve kısıtlamalar karmaşıktır. Lityum-iyon pil hızlı şarjına göre: Bir incelemeye göre, lityum-iyon pillerin hızlı şarjını etkileyen faktörler atomlar, nanometreler, hücreler, pil paketleri ve sistemler gibi çeşitli düzeylerden geliyor ve her düzey birçok potansiyel kısıtlama içeriyor. Gaogong lityum bataryaya göre, yüksek hızlı lityum yerleştirme ve negatif elektrotun termal yönetimi, hızlı şarj kapasitesinin iki anahtarıdır. 1) Negatif elektrodun yüksek hızlı lityum interkalasyon yeteneği, lityum çökelmesini ve lityum dendritlerini önleyebilir, böylece pil kapasitesinde geri dönüşü olmayan düşüşü önleyebilir ve servis ömrünü kısaltabilir. 2) Pil hızlı bir şekilde ısınırsa çok fazla ısı üretecektir ve kısa devre yapması ve alev alması kolaydır. Aynı zamanda elektrolit yüksek iletkenliğe ihtiyaç duyar, pozitif ve negatif elektrotlarla reaksiyona girmez, yüksek sıcaklığa, alev geciktiriciye dayanabilir ve aşırı şarjı önleyebilir.
Yüksek basıncın bariz avantajları
Elektrikli tahrik ve elektronik kontrol sistemi: Yeni enerji araçları silisyum karbürün altın on yılını teşvik ediyor. Yeni enerjili araç sistemi mimarisinde SiC uygulamalarını içeren sistemler temel olarak motor sürücülerini, araç üstü şarj cihazlarını (OBC)/araç dışı şarj yığınlarını ve güç dönüşüm sistemlerini (yerleşik DC/DC) içermektedir. SiC cihazları yeni enerjili araç uygulamalarında daha büyük avantajlara sahiptir. IGBT bipolar bir cihazdır ve kapatıldığında bir kuyruk akımı vardır, dolayısıyla kapanma kaybı büyüktür. MOSFET tek kutuplu bir cihazdır, kuyruk akımı yoktur, SiC MOSFET'in açma direnci ve anahtarlama kaybı büyük ölçüde azalır ve tüm güç cihazı, enerji dönüşüm verimliliğini artırabilen yüksek sıcaklık, yüksek verimlilik ve yüksek frekans özelliklerine sahiptir.
Motor sürücüsü: Motor sürücüsünde SiC cihazları kullanmanın avantajı, kontrolör verimliliğini artırmak, güç yoğunluğunu ve anahtarlama frekansını artırmak, anahtarlama kaybını azaltmak ve devre soğutma sistemini basitleştirmek, böylece maliyeti, boyutu azaltmak ve güç yoğunluğunu iyileştirmektir. Toyota'nın SiC denetleyicisi, elektrikli tahrik denetleyicisinin boyutunu %80 oranında azaltır.
Güç dönüşümü: Yerleşik DC/DC dönüştürücünün rolü, güç pilinin yüksek voltajlı doğru akım çıkışını düşük voltajlı doğru akıma dönüştürmek, böylece güç tahriki, HVAC, pencere gibi farklı sistemler için farklı voltajlar sağlamaktır. asansörler, iç ve dış aydınlatma, bilgi-eğlence sistemi ve bazı sensörler. SiC cihazlarının kullanımı, güç dönüşüm kayıplarını azaltır ve ısı dağıtım bileşenlerinin minyatürleştirilmesine olanak tanıyarak transformatörlerin daha küçük olmasını sağlar. Şarj modülü: Yerleşik şarj cihazları ve şarj yığınları, yüksek frekans, yüksek sıcaklık ve yüksek voltaj avantajlarından yararlanabilen SiC cihazlarını kullanır. SiC MOSFET'lerin kullanılması, yerleşik/yerleşik olmayan şarj cihazlarının güç yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilir, anahtarlama kayıplarını azaltabilir ve termal yönetimi iyileştirebilir. Wolfspeed'e göre araç aküsü şarj cihazlarında SiC MOSFET'lerin kullanılması sistem düzeyinde BOM maliyetini %15 oranında azaltacak; 400V'luk bir sistemle aynı şarj hızında SiC, silikon malzemelerin şarj kapasitesini iki katına çıkarabilir.
Tesla endüstri trendine öncülük ediyor ve invertörlerde SiC'yi kullanan ilk şirket. Tesla Model 3'ün elektrikli tahrikli ana invertörü, 650V SiC MOSFET'ler de dahil olmak üzere STMicroelectronics'in tamamen SiC güç modülünü kullanıyor ve alt katmanı Cree tarafından sağlanıyor. Tesla şu anda invertörlerde yalnızca SiC malzemeleri kullanıyor ve gelecekte SiC yerleşik şarj cihazlarında (OBC), şarj yığınlarında vb. kullanılabilir.
İngilizce
