Tegangan tinggi menggerakkan banyak rantai industri

Platform tegangan tinggi 800V memiliki diameter kawat harness yang lebih kecil, sehingga mengurangi biaya dan berat. Luas penampang kabel DC yang mentransfer daya antara baterai 800V dan inverter traksi, port pengisian cepat, dan sistem tegangan tinggi lainnya dapat dikurangi, sehingga mengurangi biaya dan berat. Misalnya, Tesla Model 3 menggunakan kabel tembaga 3/0 AWG antara baterai dan port pengisian cepat. Untuk sistem 800V, mengurangi separuh luas kabel menjadi 1 kabel AWG akan membutuhkan 0,76kg lebih sedikit tembaga per meter kabel, sehingga menghemat biaya puluhan dolar. Singkatnya, sistem 400V memiliki biaya BMS yang lebih rendah, kepadatan energi dan keandalan yang sedikit lebih tinggi karena jarak rambat yang lebih sedikit dan persyaratan izin listrik yang lebih sedikit di sekitar bus dan PCB. Sebaliknya, sistem 800V memiliki kabel daya yang lebih kecil dan kecepatan pengisian cepat yang lebih tinggi. Selain itu, peralihan ke baterai 800V juga dapat meningkatkan efisiensi powertrain, khususnya inverter traksi. Peningkatan efisiensi ini dapat membuat ukuran baterai menjadi lebih kecil. Penghematan biaya di bidang ini dan dalam hal kabel dapat mengimbangi baterai 800V. Paket tambahan biaya BMS. Di masa depan, dengan produksi komponen skala besar dan keseimbangan biaya dan manfaat yang matang, semakin banyak kendaraan listrik yang akan mengadopsi arsitektur bus 800V.

2.2.2 Daya baterai: pengisian daya super cepat akan menjadi tren

Sebagai sumber energi inti kendaraan energi baru, PACK baterai daya menyediakan tenaga penggerak untuk kendaraan. Ini terutama terdiri dari lima bagian: modul baterai daya, sistem struktural, sistem kelistrikan, sistem manajemen termal dan BMS:

1) Modul baterai daya seperti "jantung" baterai untuk menyimpan dan melepaskan energi;

2) Sistem mekanisme dapat dianggap sebagai "kerangka" paket baterai, yang sebagian besar terdiri dari penutup atas paket baterai, baki, dan berbagai braket, yang berperan sebagai pendukung, tahan guncangan mekanis, tahan air dan tahan debu;

3) Sistem kelistrikan terutama terdiri dari rangkaian kabel tegangan tinggi, rangkaian kabel tegangan rendah, dan relai, di antaranya rangkaian kabel tegangan tinggi mentransmisikan daya ke berbagai komponen, dan rangkaian kabel tegangan rendah mentransmisikan sinyal deteksi dan sinyal kontrol ;

4) Sistem manajemen termal dapat dibagi menjadi empat jenis: bahan berpendingin udara, berpendingin air, berpendingin cairan, dan bahan pengubah fasa. Baterai menghasilkan banyak panas selama pengisian dan pengosongan, dan panas tersebut dibuang melalui sistem manajemen termal, sehingga baterai dapat dijaga dalam suhu pengoperasian yang wajar. Keamanan baterai dan masa pakai yang lebih lama;

5) PASI pada dasarnya terdiri dari dua bagian, CMU dan BMU. CMU (Unit Monitor Sel) adalah unit pemantauan tunggal, yang mengukur parameter seperti tegangan, arus dan suhu baterai, dan mengirimkan data ke BMU (Unit Manajemen Baterai, unit manajemen baterai), jika data evaluasi BMU tidak normal, ia akan mengeluarkan permintaan baterai lemah atau memutus jalur pengisian dan pengosongan untuk melindungi baterai. pengontrol mobil.

Menurut data Institut Penelitian Industri Qianzhan, dari perspektif pembagian biaya, 50% biaya listrik kendaraan energi baru terletak pada sel baterai, elektronika daya dan PACK masing-masing menyumbang sekitar 20%, serta BMS dan sistem manajemen termal menyumbang 10%. Pada tahun 2020, kapasitas terpasang PACK baterai daya global adalah 136,3GWh, meningkat 18,3% dibandingkan tahun 2019. Ukuran pasar industri PACK baterai daya global telah berkembang pesat dari sekitar US$3,98 miliar pada tahun 2011 menjadi US$38,6 miliar pada tahun 2017 Ukuran pasar PACK akan mencapai USD 186,3 miliar, dan CAGR dari tahun 2011 hingga 2023 akan menjadi sekitar 37,8%, yang menunjukkan ruang pasar yang sangat besar. Pada tahun 2019, ukuran pasar PACK baterai listrik Tiongkok adalah 52,248 miliar yuan, dan kapasitas terpasang meningkat dari 78.500 set pada tahun 2012 menjadi 1.241.900 set pada tahun 2019, dengan CAGR sebesar 73,7%. Pada tahun 2020, total kapasitas terpasang baterai listrik di Tiongkok akan mencapai 64GWh, meningkat dari tahun ke tahun sebesar 2,9%. Hambatan teknis terhadap pengisian cepat baterai berdaya tinggi, dan kendalanya rumit. Menurut pengisian cepat baterai Lithium-ion: Sebuah tinjauan, faktor-faktor yang mempengaruhi pengisian cepat baterai lithium-ion berasal dari berbagai tingkatan seperti atom, nanometer, sel, paket baterai, dan sistem, dan setiap tingkat mengandung banyak potensi kendala. Menurut baterai lithium Gaogong, penyisipan lithium berkecepatan tinggi dan manajemen termal elektroda negatif adalah dua kunci kemampuan pengisian cepat. 1) Kemampuan interkalasi litium berkecepatan tinggi pada elektroda negatif dapat menghindari presipitasi litium dan dendrit litium, sehingga menghindari penurunan kapasitas baterai yang tidak dapat diubah dan memperpendek masa pakai baterai. 2) Baterai akan menghasilkan banyak panas jika cepat panas, dan mudah mengalami korsleting dan terbakar. Pada saat yang sama, elektrolit juga membutuhkan konduktivitas yang tinggi, dan tidak bereaksi dengan elektroda positif dan negatif, serta dapat menahan suhu tinggi, tahan api, dan mencegah pengisian daya yang berlebihan.
Keuntungan yang jelas dari tekanan tinggi

Penggerak listrik dan sistem kontrol elektronik: Kendaraan energi baru mempromosikan dekade emas silikon karbida. Sistem yang melibatkan aplikasi SiC dalam arsitektur sistem kendaraan energi baru terutama mencakup penggerak motor, pengisi daya on-board (OBC)/tiang pengisian off-board, dan sistem konversi daya (DC/DC on-board). Perangkat SiC memiliki keunggulan lebih besar dalam aplikasi kendaraan energi baru. IGBT adalah perangkat bipolar, dan terdapat arus ekor ketika dimatikan, sehingga kerugian mematikannya besar. MOSFET adalah perangkat unipolar, tidak ada arus ekor, resistansi aktif dan hilangnya peralihan MOSFET SiC sangat berkurang, dan seluruh perangkat daya memiliki suhu tinggi, efisiensi tinggi, dan karakteristik frekuensi tinggi, yang dapat meningkatkan efisiensi konversi energi.

Penggerak motor: Keuntungan menggunakan perangkat SiC dalam penggerak motor adalah meningkatkan efisiensi pengontrol, meningkatkan kepadatan daya dan frekuensi peralihan, mengurangi kehilangan peralihan dan menyederhanakan sistem pendingin sirkuit, sehingga mengurangi biaya, ukuran, dan meningkatkan kepadatan daya. Pengontrol SiC Toyota mengurangi ukuran pengontrol penggerak listrik sebesar 80%.

Konversi daya: Peran konverter DC/DC terpasang adalah mengubah keluaran arus searah tegangan tinggi oleh baterai daya menjadi arus searah tegangan rendah, sehingga memberikan tegangan berbeda untuk sistem berbeda seperti penggerak daya, HVAC, jendela lift, pencahayaan interior dan eksterior, infotainment, dan beberapa sensor. Penggunaan perangkat SiC mengurangi kerugian konversi daya dan memungkinkan miniaturisasi komponen pembuangan panas, sehingga menghasilkan transformator yang lebih kecil. Modul pengisian daya: Pengisi daya terpasang dan tumpukan pengisi daya menggunakan perangkat SiC, yang dapat memanfaatkan frekuensi tinggi, suhu tinggi, dan tegangan tinggi. Penggunaan MOSFET SiC dapat secara signifikan meningkatkan kepadatan daya pengisi daya on-board/off-board, mengurangi kerugian peralihan, dan meningkatkan manajemen termal. Menurut Wolfspeed, penggunaan SiC MOSFET pada pengisi daya aki mobil akan mengurangi biaya BOM di tingkat sistem sebesar 15%; pada kecepatan pengisian yang sama dengan sistem 400V, SiC dapat menggandakan kapasitas pengisian bahan silikon.

Tesla memimpin tren industri dan merupakan yang pertama menggunakan SiC pada inverter. Inverter utama penggerak listrik Tesla Model 3 menggunakan modul daya semua-SiC STMicroelectronics, termasuk MOSFET SiC 650V, dan substratnya disediakan oleh Cree. Saat ini, Tesla hanya menggunakan bahan SiC pada inverter, dan SiC dapat digunakan pada on-board charger (OBC), tiang pengisi daya, dll. di masa mendatang.