Menaik taraf kepada platform voltan tinggi 800V memerlukan pelarasan kepada sistem tiga elektrik untuk memenuhi keperluan kebolehpercayaan untuk menahan voltan dan penebat yang disebabkan oleh peningkatan voltan elektrik.
Kos BMS bagi pek bateri 800V adalah kira-kira 1/3 lebih tinggi daripada 400V. Dari segi kos, pek bateri 800V memerlukan dua kali lebih banyak sel dalam siri, dengan itu memerlukan dua kali lebih banyak saluran penderiaan voltan sistem pengurusan bateri (BMS). Menurut pengiraan oleh Iman Aghabali et al., jumlah kos BMS bagi pek bateri 400V ialah kira-kira $602, dan pek bateri 800V ialah $818, yang bermaksud bahawa kos pek bateri 800V adalah kira-kira 1/3 lebih tinggi daripada iaitu pek bateri 400V. Peningkatan voltan mengemukakan keperluan yang lebih tinggi pada kebolehpercayaan pek bateri. Analisis pek bateri menunjukkan bahawa pek dengan konfigurasi 4p5s boleh melakukan kira-kira 1000 kitaran pada suhu 25C dengan pasti, manakala pek dengan konfigurasi 2p10s (menggandakan voltan daripada 4p5s) hanya boleh mencapai 800 kitaran. Peningkatan voltan akan mengurangkan kebolehpercayaan pek bateri terutamanya kerana hayat sel tunggal dikurangkan (selepas kuasa pengecasan meningkat, kadar pengecasan sel bateri akan ditingkatkan daripada 1C kepada ≥3C, dan kadar pengecasan yang tinggi akan menyebabkan kehilangan bahan aktif, menjejaskan kapasiti dan hayat bateri). Dalam pek bateri voltan rendah, lebih banyak sel disambung secara selari untuk kebolehpercayaan yang lebih tinggi.
Platform voltan tinggi 800V mempunyai diameter abah-abah wayar yang lebih kecil, mengurangkan kos dan berat. Kawasan keratan rentas kabel DC yang memindahkan kuasa antara pek bateri 800V dan penyongsang daya tarikan, port pengecasan pantas dan sistem voltan tinggi lain boleh dikurangkan, mengurangkan kos dan berat. Contohnya, Tesla Model 3 menggunakan wayar tembaga 3/0 AWG antara pek bateri dan port pengecasan pantas. Untuk sistem 800V, mengurangkan separuh kawasan kabel kepada 1 kabel AWG akan memerlukan 0.76kg kurang tembaga bagi setiap meter kabel, sekali gus menjimatkan kos berpuluh-puluh dolar. Secara ringkasnya, sistem 400V mempunyai kos BMS yang lebih rendah, ketumpatan tenaga dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi sedikit disebabkan oleh jarak rayapan yang kurang dan keperluan pelepasan elektrik yang kurang di sekitar bas dan PCB. Sistem 800V, sebaliknya, mempunyai kabel kuasa yang lebih kecil dan kadar pengecasan pantas yang lebih tinggi. Di samping itu, bertukar kepada pek bateri 800V juga boleh meningkatkan kecekapan rangkaian kuasa, terutamanya penyongsang daya tarikan. Peningkatan kecekapan ini boleh menjadikan saiz pek bateri lebih kecil. Penjimatan kos di kawasan ini dan dari segi kabel boleh menampung bateri 800V. Pakej tambahan kos BMS. Pada masa hadapan, dengan pengeluaran komponen berskala besar dan keseimbangan kos dan faedah yang matang, semakin banyak kenderaan elektrik akan menggunakan seni bina bas 800V.
2.2.2 Bateri kuasa: pengecasan super pantas akan menjadi trend
Sebagai sumber tenaga teras kenderaan tenaga baharu, PACK bateri kuasa menyediakan kuasa pemanduan untuk kenderaan. Ia terutamanya terdiri daripada lima bahagian: modul bateri kuasa, sistem struktur, sistem elektrik, sistem pengurusan haba dan BMS:
1) Modul bateri kuasa adalah seperti "jantung" pek bateri untuk menyimpan dan melepaskan tenaga;
2) Sistem mekanisme boleh dianggap sebagai "rangka" pek bateri, yang kebanyakannya terdiri daripada penutup atas pek bateri, dulang dan pelbagai kurungan, yang memainkan peranan sokongan, rintangan kejutan mekanikal, kalis air dan kalis debu;
3) Sistem elektrik terutamanya terdiri daripada abah-abah pendawaian voltan tinggi, abah-abah pendawaian voltan rendah dan geganti, antaranya abah-abah pendawaian voltan tinggi menghantar kuasa kepada pelbagai komponen, dan abah-abah pendawaian voltan rendah menghantar isyarat pengesanan dan isyarat kawalan ;
4) Sistem pengurusan haba boleh dibahagikan kepada empat jenis: bahan penyejuk udara, penyejukan air, penyejuk cecair dan perubahan fasa. Bateri menjana banyak haba semasa mengecas dan menyahcas, dan haba dilesapkan melalui sistem pengurusan haba, supaya bateri boleh disimpan dalam suhu operasi yang munasabah. Keselamatan bateri dan hayat lanjutan;
5) BMS terutamanya terdiri daripada dua bahagian, CMU dan BMU. CMU (Unit Pemantau Sel) ialah unit pemantauan tunggal, yang mengukur parameter seperti voltan, arus dan suhu bateri, dan menghantar data ke BMU (Unit Pengurusan Bateri, unit pengurusan bateri), jika data penilaian BMU adalah tidak normal, ia akan mengeluarkan permintaan bateri yang lemah atau memotong laluan pengecasan dan nyahcas untuk melindungi bateri. pengawal kereta.
Menurut data Institut Penyelidikan Industri Qianzhan, dari perspektif pembahagian kos, 50% daripada kos kuasa kenderaan tenaga baharu terletak pada sel bateri, elektronik kuasa dan PACK masing-masing menyumbang kira-kira 20%, dan BMS dan sistem pengurusan haba menyumbang 10%. Pada 2020, kapasiti terpasang PACK bateri kuasa global ialah 136.3GWj, meningkat 18.3% berbanding 2019. Saiz pasaran industri PACK bateri kuasa global telah berkembang pesat daripada kira-kira AS$3.98 bilion pada 2011 kepada AS$38.6 bilion pada 2017 Saiz pasaran PACK akan mencecah USD 186.3 bilion, dan CAGR dari 2011 hingga 2023 ialah kira-kira 37.8%, menunjukkan ruang pasaran yang besar. Pada 2019, saiz pasaran PACK bateri kuasa China ialah 52.248 bilion yuan, dan kapasiti terpasang meningkat daripada 78,500 set pada 2012 kepada 1,241,900 set pada 2019, dengan CAGR sebanyak 73.7%. Pada tahun 2020, jumlah kapasiti terpasang bateri kuasa di China akan menjadi 64GWj, peningkatan tahun ke tahun sebanyak 2.9%. Halangan teknikal untuk pengecasan pantas bateri kuasa adalah tinggi, dan kekangannya adalah kompleks. Menurut pengecasan pantas bateri Litium-ion: Kajian semula, faktor yang mempengaruhi pengecasan pantas bateri litium-ion datang daripada pelbagai peringkat seperti atom, nanometer, sel, pek bateri dan sistem, dan setiap peringkat mengandungi banyak potensi kekangan. Menurut bateri litium Gaogong, penyisipan litium berkelajuan tinggi dan pengurusan haba elektrod negatif adalah dua kunci kepada keupayaan pengecasan pantas. 1) Keupayaan interkalasi litium berkelajuan tinggi elektrod negatif boleh mengelakkan pemendakan litium dan dendrit litium, dengan itu mengelakkan penurunan kapasiti bateri yang tidak dapat dipulihkan dan memendekkan hayat perkhidmatan. 2) Bateri akan menghasilkan banyak haba jika ia cepat panas, dan ia mudah untuk litar pintas dan terbakar. Pada masa yang sama, elektrolit juga memerlukan kekonduksian yang tinggi, dan tidak bertindak balas dengan elektrod positif dan negatif, dan boleh menahan suhu tinggi, kalis api, dan mengelakkan pengecasan berlebihan.
Kelebihan jelas tekanan tinggi
Pemacu elektrik dan sistem kawalan elektronik: Kenderaan tenaga baharu mempromosikan dekad keemasan silikon karbida. Sistem yang melibatkan aplikasi SiC dalam seni bina sistem kenderaan tenaga baharu terutamanya termasuk pemacu motor, buasir pengecas atas-papan (OBC)/luar-papan, dan sistem penukaran kuasa (DC/DC atas-papan). Peranti SiC mempunyai kelebihan yang lebih besar dalam aplikasi kenderaan tenaga baharu. IGBT ialah peranti bipolar, dan terdapat arus ekor apabila ia dimatikan, jadi kehilangan pemadaman adalah besar. MOSFET ialah peranti unipolar, tiada arus ekor, rintangan pada dan kehilangan pensuisan SiC MOSFET sangat berkurangan, dan keseluruhan peranti kuasa mempunyai ciri suhu tinggi, kecekapan tinggi dan frekuensi tinggi, yang boleh meningkatkan kecekapan penukaran tenaga.
Pemacu motor: Kelebihan menggunakan peranti SiC dalam pemacu motor adalah untuk meningkatkan kecekapan pengawal, meningkatkan ketumpatan kuasa dan kekerapan pensuisan, mengurangkan kehilangan pensuisan dan memudahkan sistem penyejukan litar, dengan itu mengurangkan kos, saiz dan meningkatkan ketumpatan kuasa. Pengawal SiC Toyota mengurangkan saiz pengawal pemacu elektrik sebanyak 80%.
Penukaran kuasa: Peranan penukar DC/DC on-board adalah untuk menukar keluaran arus terus voltan tinggi oleh bateri kuasa kepada arus terus voltan rendah, dengan itu memberikan voltan yang berbeza untuk sistem yang berbeza seperti pendorong kuasa, HVAC, tingkap lif, pencahayaan dalaman dan luaran, infotainment dan beberapa penderia . Penggunaan peranti SiC mengurangkan kehilangan penukaran kuasa dan membolehkan pengecilan komponen pelesapan haba, menghasilkan pengubah yang lebih kecil. Modul pengecasan: Pengecas pada papan dan buasir pengecasan menggunakan peranti SiC, yang boleh memanfaatkan frekuensi tinggi, suhu tinggi dan voltan tingginya. Menggunakan MOSFET SiC boleh meningkatkan ketumpatan kuasa pengecas on-board/off-board dengan ketara, mengurangkan kehilangan pensuisan dan menambah baik pengurusan terma. Menurut Wolfspeed, menggunakan SiC MOSFET dalam pengecas bateri kereta akan mengurangkan kos BOM pada tahap sistem sebanyak 15%; pada kelajuan pengecasan yang sama sistem 400V, SiC boleh menggandakan kapasiti pengecasan bahan silikon.
Tesla menerajui aliran industri dan merupakan yang pertama menggunakan SiC pada penyongsang. Penyongsang utama pemacu elektrik Tesla Model 3 menggunakan modul kuasa all-SiC STMicroelectronics, termasuk MOSFET SiC 650V, dan substratnya disediakan oleh Cree. Pada masa ini, Tesla hanya menggunakan bahan SiC dalam penyongsang, dan SiC boleh digunakan dalam pengecas on-board (OBC), mengecas cerucuk, dsb. pada masa hadapan.
Inggeris
