Uppgradering till en 800V högspänningsplattform kräver justeringar av det treelektriska systemet för att möta tillförlitlighetskraven för motstå spänning och isolering som orsakas av ökningen av elektrisk spänning.
BMS-kostnaden för ett 800V-batteri är cirka 1/3 högre än 400V. På kostnadssidan kräver ett 800V-batteri dubbelt så många celler i serie, vilket kräver dubbelt så många batterihanteringssystem (BMS) spänningsavkännande kanaler. Enligt beräkningar av Iman Aghabali et al. är den totala BMS-kostnaden för ett 400V-batteri cirka 602 USD och för ett 800V-batteri är 818 USD, vilket betyder att kostnaden för ett 800V-batteri är cirka 1/3 högre än det för ett 400V batteripaket. Spänningsökningen ställer högre krav på tillförlitligheten hos batteripaketet. Analys av batteripaketen visade att ett paket med en 4p5s-konfiguration på ett tillförlitligt sätt kunde utföra cirka 1000 cykler vid 25C, medan ett paket med en 2p10s (dubbel spänning än 4p5s)-konfiguration endast kunde uppnå 800 cykler. Spänningsökningen kommer att minska tillförlitligheten hos batteripaketet främst på grund av att livslängden för en enskild cell minskar (efter att laddningseffekten har ökat kommer laddningshastigheten för battericellen att ökas från 1C till ≥3C och den höga laddningshastigheten kommer att orsaka förlust av aktivt material, vilket påverkar batterikapaciteten och livslängden). I batteripaket med lägre spänning är fler celler parallellkopplade för högre tillförlitlighet.
800V högspänningsplattformen har en mindre kabelnätsdiameter, vilket minskar kostnader och vikt. Tvärsnittsarean för DC-kablarna som överför ström mellan 800V-batteripaketet och traktionsväxelriktaren, snabbladdningsportar och andra högspänningssystem kan minskas, vilket minskar kostnaden och vikten. Till exempel använder Tesla Model 3 3/0 AWG koppartråd mellan batteripaketet och snabbladdningsporten. För ett 800V-system skulle halvering av kabelarean till 1 AWG-kabel kräva 0,76 kg mindre koppar per meter kabel, vilket sparar tiotals dollar i kostnad. Sammanfattningsvis har 400V-system lägre BMS-kostnad, något högre energitäthet och tillförlitlighet på grund av mindre krypavstånd och mindre krav på elektriskt spel runt bussen och PCB. 800V-systemet har å andra sidan mindre strömkablar och högre snabbladdningshastigheter. Dessutom kan byte till 800V-batteripaket också förbättra drivlinans effektivitet, särskilt dragkraftsomriktaren. Denna ökade effektivitet kan göra storleken på batteripaketet mindre. Kostnadsbesparingarna inom detta område och vad gäller kablar kan kompensera för 800V-batteriet. Paket extra BMS kostnad. I framtiden, med storskalig produktion av komponenter och den mogna balansen mellan kostnad och nytta, kommer fler och fler elfordon att anta 800V-bussarkitekturen.
2.2.2 Strömbatteri: supersnabb laddning kommer att bli en trend
Som kärnenergikällan för nya energifordon ger power battery PACK drivkraft till fordonet. Den består huvudsakligen av fem delar: kraftbatterimodul, struktursystem, elektriskt system, termiskt ledningssystem och BMS:
1) Batterimodulen är som "hjärtat" i batteripaketet för att lagra och frigöra energi;
2) Mekanismsystemet kan betraktas som "skelettet" av batteripaketet, som huvudsakligen består av batteripaketets övre lock, bricka och olika fästen, som spelar rollerna som stöd, mekanisk stötbeständighet, vattentät och dammtät;
3) Det elektriska systemet består huvudsakligen av högspänningsledningsnät, lågspänningsledningsnät och reläer, bland vilka högspänningsledningsnätet överför ström till olika komponenter, och lågspänningsledningsnätet sänder detekteringssignaler och styrsignaler ;
4) Det termiska ledningssystemet kan delas in i fyra typer: luftkylda, vattenkylda, vätskekylda och fasförändrande material. Batteriet genererar mycket värme under laddning och urladdning, och värmen avleds genom värmeledningssystemet, så att batteriet kan hållas inom en rimlig driftstemperatur. Batterisäkerhet och förlängd livslängd;
5) BMS består huvudsakligen av två delar, CMU och BMU. CMU (Cell Monitor Unit) är en enda övervakningsenhet, som mäter parametrar som batteriets spänning, ström och temperatur, och överför data till BMU (Battery Management Unit, batterihanteringsenhet), om BMU:s utvärderingsdata är onormalt kommer det att utfärda en begäran om låg batterinivå eller avbryta laddnings- och urladdningsvägen för att skydda batteriet. bilkontroller.
Enligt uppgifterna från Qianzhan Industry Research Institute, ur kostnadsfördelningens perspektiv, ligger 50 % av energikostnaden för nya energifordon i battericellerna, kraftelektronik och PACK står vardera för cirka 20 %, och BMS och värmeledningssystem står för 10 %. År 2020 är den installerade kapaciteten för det globala strömbatteriet PACK 136,3 GWh, en ökning med 18,3 % jämfört med 2019. Marknadsstorleken för den globala strömbatteri PACK-industrin har vuxit snabbt från cirka 3,98 miljarder USD 2011 till 38,6 miljarder USD 2017 Marknadsstorleken för PACK kommer att nå 186,3 miljarder USD och CAGR från 2011 till 2023 kommer att vara cirka 37,8 %, vilket indikerar ett enormt marknadsutrymme. Under 2019 var Kinas strömbatteri PACK-marknadsstorlek 52,248 miljarder yuan, och den installerade kapaciteten ökade från 78 500 set 2012 till 1 241 900 set 2019, med en CAGR på 73,7%. År 2020 kommer den totala installerade kapaciteten för kraftbatterier i Kina att vara 64 GWh, en ökning med 2,9 % jämfört med föregående år. De tekniska hindren för snabbladdning av kraftbatterier är höga och begränsningarna är komplexa. Enligt snabbladdning av litiumjonbatterier: En översyn kommer faktorerna som påverkar snabbladdningen av litiumjonbatterier från olika nivåer som atomer, nanometer, celler, batteripaket och system, och varje nivå innehåller många potentiella begränsningar. Enligt Gaogong litiumbatteri är höghastighetsinsättning av litium och termisk hantering av den negativa elektroden de två nycklarna till snabbladdningskapacitet. 1) Den negativa elektrodens höghastighetslitiuminterkaleringsförmåga kan undvika litiumutfällning och litiumdendriter, och därigenom undvika den irreversibla minskningen av batterikapaciteten och förkorta livslängden. 2) Batteriet genererar mycket värme om det värms upp snabbt, och det är lätt att kortsluta och fatta eld. Samtidigt behöver elektrolyten också hög ledningsförmåga och reagerar inte med de positiva och negativa elektroderna och kan motstå hög temperatur, flamskydd och förhindra överladdning.
Uppenbara fördelar med högt tryck
Elektrisk drivning och elektroniskt styrsystem: Nya energifordon främjar kiselkarbidens gyllene årtionde. Systemen som involverar SiC-tillämpningar i den nya energifordonssystemarkitekturen inkluderar främst motordrivningar, inbyggda laddare (OBC)/off-board laddningshögar och kraftomvandlingssystem (ombord DC/DC). SiC-enheter har större fördelar i nya energifordonstillämpningar. IGBT är en bipolär enhet, och det finns en svansström när den är avstängd, så avstängningsförlusten är stor. MOSFET är en unipolär enhet, det finns ingen svansström, på-motståndet och omkopplingsförlusten av SiC MOSFET reduceras kraftigt, och hela kraftenheten har hög temperatur, hög effektivitet och högfrekventa egenskaper, vilket kan förbättra energiomvandlingseffektiviteten.
Motordrift: Fördelen med att använda SiC-enheter i motordrift är att förbättra styrenhetens effektivitet, öka effekttätheten och switchfrekvensen, minska switchningsförlusterna och förenkla kretskylsystemet, och därigenom minska kostnaden, storleken och förbättra effekttätheten. Toyotas SiC-kontroller minskar storleken på den elektriska drivenheten med 80 %.
Effektomvandling: Den inbyggda DC/DC-omvandlarens roll är att omvandla högspänningslikströmsutmatningen från kraftbatteriet till lågspänningslikström, och därigenom tillhandahålla olika spänningar för olika system såsom kraftframdrivning, HVAC, fönster hissar, interiör- och exteriörbelysning, infotainment och vissa sensorer . Användningen av SiC-enheter minskar effektomvandlingsförlusterna och möjliggör miniatyrisering av värmeavledningskomponenter, vilket resulterar i mindre transformatorer. Laddningsmodul: Inbyggda laddare och laddningshögar använder SiC-enheter, som kan dra fördel av sin höga frekvens, höga temperatur och höga spänning. Användning av SiC MOSFET:er kan avsevärt öka effekttätheten hos inbyggda/extern laddare, minska kopplingsförluster och förbättra värmehanteringen. Enligt Wolfspeed kommer användningen av SiC MOSFETs i bilbatteriladdare att minska stycklistkostnaden på systemnivå med 15 %; med samma laddningshastighet som ett 400V-system kan SiC fördubbla laddningskapaciteten hos silikonmaterial.
Tesla leder branschens trend och är först med att använda SiC på växelriktare. Den elektriska huvudväxelriktaren i Tesla Model 3 använder STMicroelectronics all-SiC-strömmodul, inklusive 650V SiC MOSFET, och dess substrat tillhandahålls av Cree. För närvarande använder Tesla endast SiC-material i växelriktare, och SiC kan användas i inbyggda laddare (OBC), laddningshögar etc. i framtiden.
engelsk
