ولتاژ بالا چندین زنجیره صنعتی را به حرکت در می آورد

پلت فرم ولتاژ بالا 800 ولت قطر دسته سیم کمتری دارد که باعث کاهش هزینه و وزن می شود. سطح مقطع کابل‌های DC که توان را بین بسته باتری 800 ولت و اینورتر کششی، پورت‌های شارژ سریع و سایر سیستم‌های ولتاژ بالا منتقل می‌کنند، کاهش می‌یابد و هزینه و وزن را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، تسلا مدل 3 از سیم مسی 3/0 AWG بین بسته باتری و درگاه شارژ سریع استفاده می کند. برای یک سیستم 800 ولت، نصف کردن سطح کابل به 1 کابل AWG به 0.76 کیلوگرم مس کمتر در هر متر کابل نیاز دارد، بنابراین ده ها دلار در هزینه صرفه جویی می شود. به طور خلاصه، سیستم‌های 400 ولت به دلیل فواصل خزش کمتر و نیازهای فاصله‌گذاری الکتریکی کمتر در اطراف اتوبوس و PCB، هزینه BMS کمتر، چگالی انرژی و قابلیت اطمینان کمی بالاتر دارند. از طرف دیگر، سیستم 800 ولت دارای کابل های برق کوچکتر و نرخ شارژ سریع بالاتر است. علاوه بر این، تغییر به بسته‌های باتری 800 ولتی نیز می‌تواند کارایی پیشرانه، به‌ویژه اینورتر کششی را بهبود بخشد. این افزایش کارایی می تواند اندازه بسته باتری را کوچکتر کند. صرفه جویی در هزینه در این زمینه و از نظر کابل می تواند باتری 800 ولتی را جبران کند. بسته هزینه اضافی BMS. در آینده، با تولید قطعات در مقیاس بزرگ و تعادل کامل بین هزینه و سود، خودروهای الکتریکی بیشتر و بیشتر از معماری اتوبوس 800 ولتی استفاده خواهند کرد.

2.2.2 باتری برق: شارژ فوق سریع تبدیل به یک روند خواهد شد

به عنوان منبع انرژی اصلی وسایل نقلیه با انرژی جدید، باتری PACK نیروی محرکه را برای خودرو فراهم می کند. این عمدتا از پنج بخش تشکیل شده است: ماژول باتری قدرت، سیستم ساختاری، سیستم الکتریکی، سیستم مدیریت حرارتی و BMS:

1) ماژول باتری قدرت مانند "قلب" بسته باتری برای ذخیره و انتشار انرژی است.

2) سیستم مکانیزم را می توان به عنوان "اسکلت" بسته باتری در نظر گرفت که عمدتا از پوشش بالایی بسته باتری، سینی و براکت های مختلف تشکیل شده است که نقش پشتیبانی، مقاومت در برابر شوک مکانیکی، ضد آب و ضد گرد و غبار را ایفا می کند.

3) سیستم الکتریکی عمدتا از دسته سیم ولتاژ بالا، دسته سیم ولتاژ پایین و رله تشکیل شده است که در میان آنها دسته سیم ولتاژ بالا قدرت را به اجزای مختلف منتقل می کند و دسته سیم ولتاژ پایین سیگنال های تشخیص و سیگنال های کنترل را منتقل می کند. ;

4) سیستم مدیریت حرارتی را می توان به چهار نوع تقسیم کرد: مواد خنک کننده با هوا، آب خنک، مایع خنک کننده و تغییر فاز. باتری در حین شارژ و دشارژ گرمای زیادی تولید می کند و گرما از طریق سیستم مدیریت حرارتی دفع می شود تا باتری در دمای کاری معقول نگه داشته شود. ایمنی باتری و عمر طولانی؛

5) BMS عمدتاً از دو بخش CMU و BMU تشکیل شده است. CMU (واحد مانیتور سلولی) یک واحد نظارت است که پارامترهایی مانند ولتاژ، جریان و دمای باتری را اندازه گیری می کند و در صورت داده های ارزیابی BMU، داده ها را به BMU (واحد مدیریت باتری، واحد مدیریت باتری) ارسال می کند. غیر طبیعی است، درخواست باتری کم را صادر می کند یا مسیر شارژ و دشارژ را برای محافظت از باتری قطع می کند. کنترل کننده ماشین

بر اساس داده های پژوهشکده صنعت کیانژان، از منظر تقسیم هزینه، 50 درصد هزینه برق خودروهای انرژی نو در سلول های باتری، الکترونیک قدرت و PACK هر کدام حدود 20 درصد است و BMS و سیستم های مدیریت حرارتی. 10 درصد را به خود اختصاص داده است. در سال 2020، ظرفیت نصب شده باتری PACK جهانی 136.3 گیگاوات ساعت است که در مقایسه با سال 2019، 18.3 درصد افزایش یافته است. اندازه بازار PACK به 186.3 میلیارد دلار خواهد رسید و CAGR از سال 2011 تا 2023 حدود 37.8 درصد خواهد بود که نشان دهنده فضای بزرگ بازار است. در سال 2019، اندازه بازار PACK باتری برق چین 52.248 میلیارد یوان بود و ظرفیت نصب شده از 78500 دستگاه در سال 2012 به 1241900 دستگاه در سال 2019 با CAGR 73.7 درصد افزایش یافت. در سال 2020، مجموع ظرفیت نصب شده باتری های برق در چین 64 گیگاوات ساعت خواهد بود که نسبت به سال گذشته 2.9 درصد افزایش داشته است. موانع فنی برای شارژ سریع باتری های قدرت زیاد است و محدودیت ها پیچیده است. با توجه به شارژ سریع باتری لیتیوم یون: یک بررسی، عوامل موثر بر شارژ سریع باتری‌های لیتیوم یون از سطوح مختلفی مانند اتم‌ها، نانومترها، سلول‌ها، بسته‌های باتری و سیستم‌ها می‌آیند و هر سطح شامل محدودیت‌های بالقوه زیادی است. با توجه به باتری لیتیومی Gaogong، قرار دادن لیتیوم با سرعت بالا و مدیریت حرارتی الکترود منفی دو کلید برای قابلیت شارژ سریع هستند. 1) توانایی درونی لیتیوم با سرعت بالا الکترود منفی می تواند از بارش لیتیوم و دندریت های لیتیوم جلوگیری کند، در نتیجه از کاهش غیرقابل برگشت ظرفیت باتری و کاهش عمر مفید جلوگیری می کند. 2) باتری اگر سریع گرم شود گرمای زیادی تولید می کند و به راحتی اتصال کوتاه و آتش گرفتن دارد. در عین حال، الکترولیت به رسانایی بالا نیز نیاز دارد و با الکترودهای مثبت و منفی واکنش نشان نمی دهد و می تواند در برابر دمای بالا، تاخیر در شعله مقاومت کند و از شارژ بیش از حد جلوگیری کند.
مزایای آشکار فشار بالا

درایو الکتریکی و سیستم کنترل الکترونیکی: وسایل نقلیه انرژی جدید دهه طلایی کاربید سیلیکون را ترویج می کنند. سیستم‌هایی که شامل کاربردهای SiC در معماری سیستم خودروهای انرژی جدید هستند، عمدتاً شامل درایوهای موتور، شارژرهای داخلی (OBC) / شمع‌های شارژ خارج از برد و سیستم‌های تبدیل نیرو (DC/DC روی برد) می‌شوند. دستگاه های SiC مزایای بیشتری در کاربردهای خودروهای انرژی جدید دارند. IGBT یک دستگاه دوقطبی است و هنگامی که خاموش می شود جریان دمی وجود دارد، بنابراین تلفات خاموش شدن زیاد است. ماسفت یک دستگاه تک قطبی است، جریان دمی وجود ندارد، مقاومت در برابر و سوئیچینگ ماسفت SiC به شدت کاهش می یابد، و کل دستگاه قدرت دارای ویژگی های دمای بالا، راندمان بالا و فرکانس بالا است که می تواند راندمان تبدیل انرژی را بهبود بخشد.

درایو موتور: مزیت استفاده از دستگاه‌های SiC در درایو موتور، بهبود راندمان کنترل‌کننده، افزایش چگالی توان و فرکانس سوئیچینگ، کاهش تلفات سوئیچینگ و ساده‌سازی سیستم خنک‌کننده مدار و در نتیجه کاهش هزینه، اندازه و بهبود چگالی توان است. کنترلر SiC تویوتا اندازه کنترلر درایو الکتریکی را تا 80 درصد کاهش می دهد.

تبدیل برق: نقش مبدل DC/DC روی برد این است که جریان مستقیم ولتاژ خروجی باطری برق را به جریان مستقیم ولتاژ پایین تبدیل می کند و در نتیجه ولتاژهای متفاوتی را برای سیستم های مختلف مانند نیروی محرکه، تهویه مطبوع، پنجره فراهم می کند. آسانسورها، روشنایی داخلی و خارجی، سیستم اطلاعات سرگرمی و برخی از سنسورها. استفاده از دستگاه‌های SiC تلفات تبدیل توان را کاهش می‌دهد و اجزای اتلاف حرارت را کوچک‌تر می‌کند و در نتیجه ترانسفورماتورهای کوچک‌تری تولید می‌کند. ماژول شارژ: شارژرهای داخلی و شمع های شارژ از دستگاه های SiC استفاده می کنند که می توانند از فرکانس بالا، دمای بالا و ولتاژ بالا استفاده کنند. استفاده از ماسفت های SiC می تواند به طور قابل توجهی چگالی توان شارژرهای داخلی/خارج از برد را افزایش دهد، تلفات سوئیچینگ را کاهش دهد و مدیریت حرارتی را بهبود بخشد. به گفته Wolfspeed، استفاده از MOSFET های SiC در شارژرهای باتری خودرو، هزینه BOM را در سطح سیستم تا 15٪ کاهش می دهد. با همان سرعت شارژ یک سیستم 400 ولت، SiC می تواند ظرفیت شارژ مواد سیلیکونی را دو برابر کند.

تسلا در صنعت پیشرو است و اولین کسی است که از SiC در اینورترها استفاده می کند. اینورتر اصلی درایو الکتریکی تسلا مدل 3 از ماژول قدرت تمام SiC STMicroelectronics، از جمله ماسفت های SiC 650 ولت استفاده می کند و بستر آن توسط Cree ارائه می شود. در حال حاضر، تسلا فقط از مواد SiC در اینورترها استفاده می کند و SiC را می توان در شارژرهای داخلی (OBC)، شمع های شارژ و غیره در آینده استفاده کرد.