Điện áp cao truyền động nhiều dây chuyền công nghiệp

Bệ điện áp cao 800V có đường kính bó dây nhỏ hơn, giảm chi phí và trọng lượng. Diện tích mặt cắt ngang của cáp DC truyền điện giữa bộ pin 800V và biến tần kéo, cổng sạc nhanh và các hệ thống điện áp cao khác có thể được giảm xuống, giảm chi phí và trọng lượng. Ví dụ như Tesla Model 3 sử dụng dây đồng 3/0 AWG giữa bộ pin và cổng sạc nhanh. Đối với hệ thống 800V, việc giảm một nửa diện tích cáp xuống còn 1 cáp AWG sẽ cần ít hơn 0,76kg đồng trên mỗi mét cáp, do đó tiết kiệm chi phí hàng chục đô la. Tóm lại, hệ thống 400V có chi phí BMS thấp hơn, mật độ năng lượng và độ tin cậy cao hơn một chút do khoảng cách đường dây ngắn hơn và yêu cầu khoảng cách điện xung quanh bus và PCB ít hơn. Mặt khác, hệ thống 800V có cáp nguồn nhỏ hơn và tốc độ sạc nhanh cao hơn. Ngoài ra, việc chuyển sang sử dụng bộ pin 800V cũng có thể nâng cao hiệu suất của hệ truyền động, đặc biệt là bộ biến tần lực kéo. Sự gia tăng hiệu quả này có thể làm cho kích thước của bộ pin nhỏ hơn. Việc tiết kiệm chi phí trong lĩnh vực này và về dây cáp có thể bù đắp cho pin 800V. Gói bổ sung chi phí BMS. Trong tương lai, với việc sản xuất linh kiện quy mô lớn và sự cân bằng hoàn thiện giữa chi phí và lợi ích, ngày càng có nhiều xe điện áp dụng kiến ​​trúc xe buýt 800V.

2.2.2 Nguồn pin: sạc siêu nhanh sẽ trở thành xu hướng

Là nguồn năng lượng cốt lõi của các phương tiện sử dụng năng lượng mới, GÓI pin điện cung cấp năng lượng truyền động cho phương tiện. Nó chủ yếu bao gồm năm phần: mô-đun pin điện, hệ thống kết cấu, hệ thống điện, hệ thống quản lý nhiệt và BMS:

1) Mô-đun pin nguồn được ví như “trái tim” của bộ pin để lưu trữ và giải phóng năng lượng;

2) Hệ thống cơ chế có thể được coi là "bộ xương" của bộ pin, chủ yếu bao gồm nắp trên, khay và các giá đỡ khác nhau của bộ pin, đóng vai trò hỗ trợ, chống sốc cơ học, chống thấm nước và chống bụi;

3) Hệ thống điện chủ yếu bao gồm bộ dây điện cao áp, bộ dây điện áp thấp và rơle, trong đó bộ dây điện cao áp truyền điện đến các bộ phận khác nhau và bộ dây điện áp thấp truyền tín hiệu phát hiện và tín hiệu điều khiển ;

4) Hệ thống quản lý nhiệt có thể được chia thành bốn loại: vật liệu làm mát bằng không khí, làm mát bằng nước, làm mát bằng chất lỏng và vật liệu thay đổi pha. Pin tạo ra nhiều nhiệt trong quá trình sạc và xả, đồng thời nhiệt được tiêu tán thông qua hệ thống quản lý nhiệt, do đó pin có thể được giữ ở nhiệt độ hoạt động hợp lý. An toàn pin và kéo dài tuổi thọ;

5) BMS chủ yếu bao gồm hai phần, CMU và BMU. CMU (Cell Monitor Unit) là một đơn vị giám sát duy nhất, có nhiệm vụ đo các thông số như điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin rồi truyền dữ liệu về BMU (Bộ quản lý pin, bộ quản lý pin), nếu dữ liệu đánh giá BMU bất thường, nó sẽ đưa ra yêu cầu pin yếu hoặc cắt đường sạc và xả để bảo vệ pin. người điều khiển ô tô.

Theo dữ liệu của Viện nghiên cứu công nghiệp Qianzhan, từ góc độ phân chia chi phí, 50% chi phí điện năng của phương tiện sử dụng năng lượng mới nằm ở pin, điện tử công suất và PACK, mỗi loại chiếm khoảng 20%, còn BMS và hệ thống quản lý nhiệt. chiếm 10%. Năm 2020, công suất lắp đặt của GÓI pin điện toàn cầu là 136,3GWh, tăng 18,3% so với năm 2019. Quy mô thị trường của ngành PACK pin điện toàn cầu đã tăng trưởng nhanh chóng từ khoảng 3,98 tỷ USD năm 2011 lên 38,6 tỷ USD vào năm 2017 Quy mô thị trường của PACK sẽ đạt 186,3 tỷ USD và tốc độ CAGR từ năm 2011 đến năm 2023 sẽ vào khoảng 37,8%, cho thấy không gian thị trường rất lớn. Năm 2019, quy mô thị trường GÓI pin điện của Trung Quốc là 52,248 tỷ nhân dân tệ và công suất lắp đặt đã tăng từ 78.500 bộ vào năm 2012 lên 1.241.900 bộ vào năm 2019, với tốc độ CAGR là 73,7%. Vào năm 2020, tổng công suất lắp đặt pin điện ở Trung Quốc sẽ là 64GWh, tăng 2,9% so với cùng kỳ năm ngoái. Các rào cản kỹ thuật đối với việc sạc nhanh pin điện rất cao và các hạn chế rất phức tạp. Theo sạc nhanh pin Lithium-ion: Một đánh giá, các yếu tố ảnh hưởng đến việc sạc nhanh của pin lithium-ion đến từ nhiều cấp độ khác nhau như nguyên tử, nanomet, tế bào, bộ pin và hệ thống, và mỗi cấp độ đều tiềm ẩn nhiều hạn chế. Theo pin lithium Gaogong, việc chèn lithium tốc độ cao và quản lý nhiệt của điện cực âm là hai chìa khóa dẫn đến khả năng sạc nhanh. 1) Khả năng xen kẽ lithium tốc độ cao của điện cực âm có thể tránh được sự kết tủa lithium và đuôi gai lithium, do đó tránh được sự suy giảm không thể đảo ngược về dung lượng pin và rút ngắn tuổi thọ sử dụng. 2) Pin sẽ sinh ra nhiều nhiệt nếu nóng lên nhanh, dễ bị đoản mạch và cháy nổ. Đồng thời, chất điện phân cũng cần độ dẫn điện cao, không phản ứng với điện cực dương và âm, đồng thời có thể chịu được nhiệt độ cao, chống cháy và ngăn ngừa quá tải.
Ưu điểm rõ ràng của áp suất cao

Hệ thống truyền động điện và điều khiển điện tử: Xe năng lượng mới thúc đẩy thập kỷ vàng của cacbua silic. Các hệ thống liên quan đến ứng dụng SiC trong kiến ​​trúc hệ thống phương tiện sử dụng năng lượng mới chủ yếu bao gồm bộ truyền động động cơ, bộ sạc trên bo mạch (OBC)/cọc sạc ngoài bo mạch và hệ thống chuyển đổi nguồn (DC/DC trên bo mạch). Thiết bị SiC có lợi thế lớn hơn trong các ứng dụng phương tiện sử dụng năng lượng mới. IGBT là một thiết bị lưỡng cực và khi tắt nó sẽ có dòng điện đuôi nên tổn thất khi tắt là lớn. MOSFET là thiết bị đơn cực, không có dòng điện đuôi, điện trở bật và tổn thất chuyển mạch của SiC MOSFET giảm đáng kể và toàn bộ thiết bị điện có nhiệt độ cao, hiệu suất cao và đặc tính tần số cao, có thể cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng.

Truyền động động cơ: Ưu điểm của việc sử dụng thiết bị SiC trong truyền động động cơ là nâng cao hiệu suất của bộ điều khiển, tăng mật độ công suất và tần số chuyển mạch, giảm tổn thất chuyển mạch và đơn giản hóa hệ thống làm mát mạch, từ đó giảm chi phí, kích thước và cải thiện mật độ công suất. Bộ điều khiển SiC của Toyota giảm 80% kích thước của bộ điều khiển truyền động điện.

Chuyển đổi nguồn: Vai trò của bộ chuyển đổi DC/DC trên bo mạch là chuyển đổi đầu ra dòng điện một chiều điện áp cao của pin nguồn thành dòng điện một chiều điện áp thấp, từ đó cung cấp các điện áp khác nhau cho các hệ thống khác nhau như động cơ đẩy, HVAC, cửa sổ thang máy, hệ thống chiếu sáng bên trong và bên ngoài, thông tin giải trí và một số cảm biến. Việc sử dụng các thiết bị SiC giúp giảm tổn thất chuyển đổi điện năng và cho phép thu nhỏ các bộ phận tản nhiệt, tạo ra các máy biến áp nhỏ hơn. Mô-đun sạc: Bộ sạc và cột sạc trên bo mạch sử dụng thiết bị SiC, có thể tận dụng tần số cao, nhiệt độ cao và điện áp cao. Việc sử dụng MOSFET SiC có thể làm tăng đáng kể mật độ năng lượng của bộ sạc trên bo mạch/ngoài bo mạch, giảm tổn thất chuyển mạch và cải thiện khả năng quản lý nhiệt. Theo Wolfspeed, việc sử dụng SiC MOSFET trong bộ sạc ắc quy ô tô sẽ giảm 15% chi phí BOM ở cấp hệ thống; ở cùng tốc độ sạc của hệ thống 400V, SiC có thể tăng gấp đôi công suất sạc của vật liệu silicon.

Tesla dẫn đầu xu hướng của ngành và là công ty đầu tiên sử dụng SiC trên bộ biến tần. Biến tần chính truyền động điện của Tesla Model 3 sử dụng mô-đun nguồn toàn SiC của STMicroelectronics, bao gồm MOSFET SiC 650V và chất nền của nó được cung cấp bởi Cree. Hiện tại, Tesla chỉ sử dụng vật liệu SiC trong bộ biến tần và SiC có thể được sử dụng trong bộ sạc trên bo mạch (OBC), cọc sạc, v.v. trong tương lai.