الجهد العالي يدفع سلاسل صناعية متعددة

تتميز منصة الجهد العالي 800 فولت بقطر سلكي أصغر، مما يقلل التكلفة والوزن. يمكن تقليل مساحة المقطع العرضي لكابلات التيار المستمر التي تنقل الطاقة بين حزمة بطارية 800 فولت وعاكس الجر ومنافذ الشحن السريع وأنظمة الجهد العالي الأخرى، مما يقلل التكلفة والوزن. على سبيل المثال، يستخدم طراز Tesla Model 3 سلكًا نحاسيًا 3/0 AWG بين حزمة البطارية ومنفذ الشحن السريع. بالنسبة لنظام 800 فولت، فإن خفض مساحة الكابل إلى النصف إلى كابل 1 AWG سيتطلب 0.76 كجم أقل من النحاس لكل متر من الكابل، وبالتالي توفير عشرات الدولارات من التكلفة. باختصار، تتمتع أنظمة 400 فولت بتكلفة أقل لأنظمة إدارة المباني (BMS)، وكثافة طاقة أعلى قليلاً وموثوقية بسبب مسافات الزحف الأقل ومتطلبات الخلوص الكهربائي الأقل حول الناقل وثنائي الفينيل متعدد الكلور. من ناحية أخرى، يحتوي نظام 800 فولت على كابلات طاقة أصغر ومعدلات شحن سريعة أعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحول إلى حزم البطاريات 800 فولت يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تحسين كفاءة مجموعة نقل الحركة، وخاصة عاكس الجر. هذه الزيادة في الكفاءة يمكن أن تجعل حجم البطارية أصغر. يمكن أن يعوض التوفير في التكلفة في هذا المجال ومن حيث الكابلات عن بطارية 800 فولت. تكلفة حزمة BMS الإضافية. في المستقبل، مع إنتاج المكونات على نطاق واسع والتوازن الناضج بين التكلفة والفوائد، سيعتمد المزيد والمزيد من السيارات الكهربائية بنية الحافلة 800 فولت.

2.2.2 بطارية الطاقة: سيصبح الشحن فائق السرعة اتجاهًا

باعتبارها مصدر الطاقة الأساسي لمركبات الطاقة الجديدة، توفر بطارية الطاقة PACK الطاقة الدافعة للمركبة. ويتكون بشكل رئيسي من خمسة أجزاء: وحدة بطارية الطاقة، والنظام الهيكلي، والنظام الكهربائي، ونظام الإدارة الحرارية ونظام إدارة المباني:

1) وحدة بطارية الطاقة تشبه "قلب" حزمة البطارية لتخزين الطاقة وإطلاقها؛

2) يمكن اعتبار نظام الآلية بمثابة "الهيكل العظمي" لحزمة البطارية، والذي يتكون بشكل أساسي من الغطاء العلوي لحزمة البطارية، وصينية وأقواس مختلفة، والتي تلعب أدوار الدعم، ومقاومة الصدمات الميكانيكية، ومقاومة للماء والغبار؛

3) يتكون النظام الكهربائي بشكل أساسي من مجموعة الأسلاك ذات الجهد العالي، ومجموعة الأسلاك ذات الجهد المنخفض والمرحلات، ومن بينها مجموعة الأسلاك ذات الجهد العالي التي تنقل الطاقة إلى المكونات المختلفة، وتقوم مجموعة الأسلاك ذات الجهد المنخفض بنقل إشارات الكشف وإشارات التحكم ;

4) يمكن تقسيم نظام الإدارة الحرارية إلى أربعة أنواع: المواد المبردة بالهواء، والمبردة بالماء، والمبردة بالسائل، والمواد المتغيرة الطور. تولد البطارية الكثير من الحرارة أثناء الشحن والتفريغ، ويتم تبديد الحرارة من خلال نظام الإدارة الحرارية، بحيث يمكن الاحتفاظ بالبطارية ضمن درجة حرارة تشغيل معقولة. سلامة البطارية وإطالة عمرها؛

5) يتكون نظام إدارة المباني بشكل رئيسي من جزأين، وحدة إدارة المباني ووحدة إدارة المباني. وحدة CMU (وحدة مراقبة الخلية) هي وحدة مراقبة واحدة، تقيس المعلمات مثل الجهد والتيار ودرجة حرارة البطارية، وتنقل البيانات إلى BMU (وحدة إدارة البطارية، وحدة إدارة البطارية)، إذا كانت بيانات تقييم BMU غير طبيعي، فسيصدر طلبًا منخفضًا للبطارية أو يقطع مسار الشحن والتفريغ لحماية البطارية. تحكم السيارة.

وفقًا لبيانات معهد Qianzhan لأبحاث الصناعة، من منظور تقسيم التكلفة، فإن 50% من تكلفة الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة تكمن في خلايا البطارية، وإلكترونيات الطاقة وPACK التي تمثل كل منها حوالي 20%، وأنظمة إدارة المباني (BMS) والإدارة الحرارية. حساب 10٪. في عام 2020، تبلغ القدرة المركبة لبطاريات الطاقة العالمية PACK 136.3 جيجاوات في الساعة، بزيادة قدرها 18.3٪ مقارنة بعام 2019. وقد نما حجم سوق صناعة بطاريات الطاقة العالمية PACK بسرعة من حوالي 3.98 مليار دولار أمريكي في عام 2011 إلى 38.6 مليار دولار أمريكي في عام 2017. وسيصل حجم سوق PACK إلى 186.3 مليار دولار أمريكي، وسيبلغ معدل النمو السنوي المركب من عام 2011 إلى عام 2023 حوالي 37.8٪، مما يشير إلى مساحة سوقية ضخمة. في عام 2019، بلغ حجم سوق بطاريات الطاقة في الصين 52.248 مليار يوان، وزادت القدرة المركبة من 78,500 مجموعة في عام 2012 إلى 1,241,900 مجموعة في عام 2019، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 73.7%. وفي عام 2020، سيبلغ إجمالي القدرة المركبة لبطاريات الطاقة في الصين 64 جيجاوات في الساعة، بزيادة سنوية قدرها 2.9%. إن العوائق التقنية التي تحول دون الشحن السريع لبطاريات الطاقة مرتفعة، والقيود معقدة. وفقًا للشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون: مراجعة، فإن العوامل التي تؤثر على الشحن السريع لبطاريات الليثيوم أيون تأتي من مستويات مختلفة مثل الذرات والنانومتر والخلايا وحزم البطاريات والأنظمة، ويحتوي كل مستوى على العديد من القيود المحتملة. وفقًا لبطارية الليثيوم Gaogong، فإن إدخال الليثيوم عالي السرعة والإدارة الحرارية للقطب السالب هما المفتاحان لقدرة الشحن السريع. 1) قدرة إقحام الليثيوم عالية السرعة للقطب السالب يمكن أن تتجنب ترسيب الليثيوم وتشعبات الليثيوم، وبالتالي تجنب الانخفاض الذي لا رجعة فيه في سعة البطارية وتقصير عمر الخدمة. 2) ستولد البطارية الكثير من الحرارة إذا تم تسخينها بسرعة، ومن السهل حدوث ماس كهربائي واشتعال النار. وفي الوقت نفسه، يحتاج المنحل بالكهرباء أيضًا إلى موصلية عالية، ولا يتفاعل مع الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية، ويمكنه مقاومة درجات الحرارة العالية، ومثبطات اللهب، ومنع الشحن الزائد.
مزايا واضحة للضغط العالي

القيادة الكهربائية ونظام التحكم الإلكتروني: تعمل مركبات الطاقة الجديدة على تعزيز العقد الذهبي لكربيد السيليكون. تشتمل الأنظمة التي تتضمن تطبيقات SiC في بنية نظام مركبات الطاقة الجديدة بشكل أساسي على محركات الأقراص وأجهزة الشحن الموجودة على متن السيارة (OBC) / أكوام الشحن خارج اللوحة وأنظمة تحويل الطاقة (على متن الطائرة DC / DC). تتمتع أجهزة SiC بمزايا أكبر في تطبيقات مركبات الطاقة الجديدة. IGBT هو جهاز ثنائي القطب، ويوجد تيار ذيل عند إيقاف تشغيله، وبالتالي فإن خسارة إيقاف التشغيل تكون كبيرة. MOSFET هو جهاز أحادي القطب، ولا يوجد تيار ذيل، ويتم تقليل فقدان المقاومة والتبديل لـ SiC MOSFET بشكل كبير، ويتميز جهاز الطاقة بالكامل بدرجة حرارة عالية وكفاءة عالية وخصائص تردد عالية، والتي يمكن أن تحسن كفاءة تحويل الطاقة.

محرك المحرك: تتمثل ميزة استخدام أجهزة SiC في محرك المحرك في تحسين كفاءة وحدة التحكم، وزيادة كثافة الطاقة وتردد التبديل، وتقليل فقد التبديل وتبسيط نظام تبريد الدائرة، وبالتالي تقليل التكلفة والحجم وتحسين كثافة الطاقة. تعمل وحدة التحكم SiC من تويوتا على تقليل حجم وحدة التحكم في المحرك الكهربائي بنسبة 80%.

تحويل الطاقة: يتمثل دور محول DC/DC الموجود على اللوحة في تحويل خرج التيار المباشر عالي الجهد بواسطة بطارية الطاقة إلى تيار مباشر منخفض الجهد، وبالتالي توفير فولتات مختلفة لأنظمة مختلفة مثل دفع الطاقة، والتكييف، والنافذة المصاعد والإضاءة الداخلية والخارجية ونظام المعلومات والترفيه وبعض أجهزة الاستشعار. إن استخدام أجهزة SiC يقلل من خسائر تحويل الطاقة ويتيح تصغير مكونات تبديد الحرارة، مما يؤدي إلى محولات أصغر. وحدة الشحن: تستخدم أجهزة الشحن وأكوام الشحن الموجودة على متن الطائرة أجهزة SiC، والتي يمكنها الاستفادة من التردد العالي ودرجة الحرارة العالية والجهد العالي. يمكن أن يؤدي استخدام وحدات SiC MOSFET إلى زيادة كثافة الطاقة بشكل كبير لأجهزة الشحن الموجودة على اللوحة وخارجها، وتقليل خسائر التبديل وتحسين الإدارة الحرارية. وفقًا لـ Wolfspeed، فإن استخدام وحدات SiC MOSFET في شواحن بطاريات السيارات سيؤدي إلى تقليل تكلفة قائمة مكونات الصنف (BOM) على مستوى النظام بنسبة 15%؛ وبنفس سرعة الشحن لنظام 400 فولت، يمكن لـ SiC مضاعفة سعة شحن مواد السيليكون.

تقود شركة Tesla اتجاه الصناعة وهي أول من استخدم SiC في العاكسات. يستخدم العاكس الرئيسي للمحرك الكهربائي في Tesla Model 3 وحدة الطاقة بالكامل من SiC من STMicroelectronics، بما في ذلك 650V SiC MOSFETs، ويتم توفير الركيزة الخاصة بها بواسطة Cree. في الوقت الحاضر، تستخدم Tesla فقط مواد SiC في العاكسات، ويمكن استخدام SiC في أجهزة الشحن الموجودة على متن الطائرة (OBC)، وأكوام الشحن، وما إلى ذلك في المستقبل.