Het upgraden naar een 800V hoogspanningsplatform vereist aanpassingen aan het drie-elektrische systeem om te voldoen aan de betrouwbaarheidseisen voor het weerstaan van spanning en isolatie als gevolg van de toename van de elektrische spanning.
De BMS-kosten van een 800V-batterijpakket zijn ongeveer 1/3 hoger dan die van 400V. Aan de kostenkant heeft een batterijpakket van 800 V twee keer zoveel cellen in serie nodig, waardoor er twee keer zoveel spanningsdetectiekanalen van het batterijbeheersysteem (BMS) nodig zijn. Volgens berekeningen van Iman Aghabali et al. bedragen de totale BMS-kosten van een 400V-batterijpakket ongeveer $602, en die van een 800V-batterijpakket $818, wat betekent dat de kosten van een 800V-batterijpakket ongeveer 1/3 hoger zijn dan die van een 800V-batterijpakket. die van een 400V-accupakket. De spanningsverhoging stelt hogere eisen aan de betrouwbaarheid van het accupakket. Analyse van de batterijpakketten toonde aan dat een pakket met een 4p5s-configuratie betrouwbaar ongeveer 1000 cycli kon uitvoeren bij 25 ° C, terwijl een pakket met een 2p10s-configuratie (dubbel de spanning dan 4p5s) slechts 800 cycli kon halen. De spanningsverhoging zal de betrouwbaarheid van het batterijpakket verminderen, voornamelijk omdat de levensduur van een enkele cel wordt verkort (nadat het laadvermogen is verhoogd, zal de laadsnelheid van de batterijcel worden verhoogd van 1C naar ≥3C, en de hoge laadsnelheid zal het verlies van actieve materialen veroorzaken, wat de capaciteit en levensduur van de batterij beïnvloedt). Bij accupakketten met een lagere spanning zijn meer cellen parallel geschakeld voor een hogere betrouwbaarheid.
Het 800V-hoogspanningsplatform heeft een kleinere kabelboomdiameter, waardoor de kosten en het gewicht afnemen. Het dwarsdoorsnedeoppervlak van de gelijkstroomkabels die stroom overbrengen tussen het 800V-accupakket en de tractie-omvormer, snellaadpoorten en andere hoogspanningssystemen kan worden verkleind, waardoor de kosten en het gewicht worden verlaagd. De Tesla Model 3 gebruikt bijvoorbeeld 3/0 AWG koperdraad tussen het accupakket en de snellaadpoort. Voor een 800V-systeem zou het halveren van het kabeloppervlak tot 1 AWG-kabel 0,76 kg minder koper per meter kabel vereisen, waardoor tientallen dollars aan kosten worden bespaard. Samenvattend hebben 400V-systemen lagere GBS-kosten, een iets hogere energiedichtheid en betrouwbaarheid vanwege minder kruipafstanden en minder elektrische spelingvereisten rond de bus en PCB. Het 800V-systeem heeft daarentegen kleinere stroomkabels en hogere snellaadsnelheden. Bovendien kan het overstappen op 800V-accupakketten ook de efficiëntie van de aandrijflijn, en dan met name de tractie-omvormer, verbeteren. Deze verhoging van de efficiëntie kan de grootte van het batterijpakket kleiner maken. De kostenbesparingen op dit gebied en op het gebied van kabels kunnen de 800V-accu goedmaken. Pakket extra BMS-kosten. In de toekomst, met de grootschalige productie van componenten en de volwassen balans tussen kosten en baten, zullen steeds meer elektrische voertuigen de 800V-busarchitectuur adopteren.
2.2.2 Power-accu: supersnel opladen wordt een trend
Als kernenergiebron van nieuwe energievoertuigen levert de energiebatterij PACK de aandrijfkracht voor het voertuig. Het bestaat hoofdzakelijk uit vijf delen: voedingsbatterijmodule, structureel systeem, elektrisch systeem, thermisch beheersysteem en BMS:
1) De krachtige batterijmodule is als het "hart" van het batterijpakket om energie op te slaan en vrij te geven;
2) Het mechanismesysteem kan worden beschouwd als het "skelet" van het batterijpakket, dat voornamelijk bestaat uit de bovenklep, de lade en verschillende beugels van het batterijpakket, die de rol spelen van ondersteuning, mechanische schokbestendigheid, water- en stofdicht;
3) Het elektrische systeem bestaat hoofdzakelijk uit hoogspanningskabelboom, laagspanningskabelboom en relais, waaronder de hoogspanningskabelboom stroom overbrengt naar verschillende componenten, en de laagspanningskabelboom detectiesignalen en besturingssignalen overbrengt ;
4) Het thermische beheersysteem kan worden onderverdeeld in vier typen: luchtgekoelde, watergekoelde, vloeistofgekoelde en faseveranderende materialen. De accu genereert veel warmte tijdens het laden en ontladen, en de warmte wordt afgevoerd via het thermische managementsysteem, zodat de accu binnen een redelijke bedrijfstemperatuur kan worden gehouden. Batterijveiligheid en langere levensduur;
5) De BMS bestaat hoofdzakelijk uit twee delen, de CMU en de BMU. De CMU (Cell Monitor Unit) is een enkele bewakingseenheid die parameters zoals de spanning, stroom en temperatuur van de batterij meet en de gegevens naar de BMU (Battery Management Unit, batterijbeheereenheid) verzendt, als de BMU-evaluatiegegevens abnormaal is, zal er een verzoek worden ingediend om de batterij bijna leeg te maken of wordt het laad- en ontlaadtraject afgesloten om de batterij te beschermen. autocontroleur.
Volgens de gegevens van het Qianzhan Industry Research Institute ligt, vanuit het perspectief van kostenverdeling, 50% van de energiekosten van nieuwe energievoertuigen in de batterijcellen, terwijl de vermogenselektronica en PACK elk ongeveer 20% voor hun rekening nemen, en BMS en thermische beheersystemen 10% voor zijn rekening nemen. In 2020 bedraagt de geïnstalleerde capaciteit van de wereldwijde Power Battery PACK 136,3 GWh, een stijging van 18,3% vergeleken met 2019. De marktomvang van de wereldwijde Power Battery PACK-industrie is snel gegroeid van ongeveer 3,98 miljard dollar in 2011 naar 38,6 miljard dollar in 2017. De marktomvang van PACK zal 186,3 miljard dollar bereiken, en de CAGR van 2011 tot 2023 zal ongeveer 37,8% bedragen, wat wijst op een enorme marktruimte. In 2019 bedroeg de Chinese marktomvang voor PACK-batterijen 52,248 miljard yuan, en de geïnstalleerde capaciteit steeg van 78.500 sets in 2012 naar 1.241.900 sets in 2019, met een CAGR van 73,7%. In 2020 zal de totale geïnstalleerde capaciteit van stroombatterijen in China 64 GWh bedragen, een stijging op jaarbasis van 2,9%. De technische barrières voor het snel opladen van stroombatterijen zijn hoog en de beperkingen zijn complex. Volgens snel opladen van lithium-ionbatterijen: een overzicht zijn de factoren die van invloed zijn op het snel opladen van lithium-ionbatterijen afkomstig van verschillende niveaus, zoals atomen, nanometers, cellen, batterijpakketten en systemen, en elk niveau bevat veel potentiële beperkingen. Volgens de Gaogong-lithiumbatterij zijn snelle lithiuminbrenging en thermisch beheer van de negatieve elektrode de twee sleutels tot snel opladen. 1) Het snelle lithium-intercalatievermogen van de negatieve elektrode kan lithiumprecipitatie en lithiumdendrieten vermijden, waardoor de onomkeerbare afname van de batterijcapaciteit wordt vermeden en de levensduur wordt verkort. 2) De batterij genereert veel warmte als deze snel opwarmt, en is gemakkelijk kort te sluiten en vlam te vatten. Tegelijkertijd heeft de elektrolyt ook een hoge geleidbaarheid nodig en reageert hij niet met de positieve en negatieve elektroden, en kan hij bestand zijn tegen hoge temperaturen, vlamvertraging en overlading voorkomen.
Duidelijke voordelen van hoge druk
Elektrische aandrijving en elektronisch regelsysteem: Nieuwe energievoertuigen promoten het gouden decennium van siliciumcarbide. De systemen met SiC-toepassingen in de nieuwe systeemarchitectuur voor energievoertuigen omvatten voornamelijk motoraandrijvingen, ingebouwde laders (OBC)/buitenboordlaadpalen en stroomconversiesystemen (on-board DC/DC). SiC-apparaten hebben grotere voordelen in toepassingen voor nieuwe energievoertuigen. De IGBT is een bipolair apparaat en er is een staartstroom wanneer deze wordt uitgeschakeld, dus het uitschakelverlies is groot. MOSFET is een unipolair apparaat, er is geen staartstroom, de aan-weerstand en het schakelverlies van SiC MOSFET zijn sterk verminderd en het gehele voedingsapparaat heeft hoge temperatuur-, hoge efficiëntie- en hoogfrequente kenmerken, wat de energieomzettingsefficiëntie kan verbeteren.
Motoraandrijving: Het voordeel van het gebruik van SiC-apparaten in motoraandrijving is het verbeteren van de efficiëntie van de controller, het verhogen van de vermogensdichtheid en de schakelfrequentie, het verminderen van schakelverliezen en het vereenvoudigen van het koelsysteem van het circuit, waardoor de kosten en omvang worden verlaagd en de vermogensdichtheid wordt verbeterd. Toyota's SiC-controller verkleint de grootte van de elektrische aandrijfcontroller met 80%.
Stroomconversie: De rol van de ingebouwde DC/DC-converter is het omzetten van de hoogspanningsgelijkstroom die door de accu wordt afgegeven in laagspanningsgelijkstroom, waardoor verschillende spanningen worden geleverd voor verschillende systemen, zoals voortstuwing, HVAC, raam- en ventilatiesystemen. liften, binnen- en buitenverlichting, infotainment en enkele sensoren. Het gebruik van SiC-apparaten vermindert de vermogensconversieverliezen en maakt miniaturisatie van warmtedissipatiecomponenten mogelijk, wat resulteert in kleinere transformatoren. Oplaadmodule: Ingebouwde laders en laadpalen maken gebruik van SiC-apparaten, die kunnen profiteren van hun hoge frequentie, hoge temperatuur en hoge spanning. Het gebruik van SiC MOSFET's kan de vermogensdichtheid van ingebouwde/externe laders aanzienlijk verhogen, schakelverliezen verminderen en het thermisch beheer verbeteren. Volgens Wolfspeed zal het gebruik van SiC MOSFET's in auto-acculaders de stuklijstkosten op systeemniveau met 15% verlagen; bij dezelfde laadsnelheid als een 400V-systeem kan SiC de laadcapaciteit van siliciummaterialen verdubbelen.
Tesla leidt de trend in de sector en is de eerste die SiC op omvormers gebruikt. De hoofdomvormer voor elektrische aandrijving van de Tesla Model 3 maakt gebruik van de volledig SiC-voedingsmodule van STMicroelectronics, inclusief 650V SiC MOSFET's, en het substraat wordt geleverd door Cree. Momenteel gebruikt Tesla alleen SiC-materialen in omvormers, en SiC kan in de toekomst worden gebruikt in boordladers (OBC), laadpalen etc..
Engels
