高電圧で複数の産業チェーンを駆動

800V 高電圧プラットフォームはワイヤー ハーネスの直径が小さく、コストと重量が削減されます。 800V バッテリーパックとトラクションインバーター、急速充電ポート、その他の高電圧システムの間で電力を伝送する DC ケーブルの断面積を削減できるため、コストと重量が削減されます。たとえば、Tesla Model 3 では、バッテリー パックと急速充電ポートの間に 3/0 AWG 銅線が使用されています。 800V システムの場合、ケーブル面積を 1 AWG ケーブルに半分にすると、ケーブル 1 メートルあたり必要な銅の量が 0.76 kg 減り、コストが数十ドル節約されます。要約すると、400V システムは、沿面距離が短く、バスと PCB の周りの電気的クリアランス要件が少ないため、BMS コストが低く、エネルギー密度と信頼性がわずかに高くなります。一方、800V システムは電源ケーブルが短く、高速充電速度が速くなります。さらに、800V バッテリーパックに切り替えると、パワートレイン、特にトラクションインバーターの効率も向上します。この効率の向上により、バッテリーパックのサイズを小さくすることができます。この分野とケーブルのコスト削減により、800V バッテリーを補うことができます。パッケージの追加 BMS コスト。将来的には、コンポーネントの大規模生産とコストと利益のバランスの成熟により、800V バス アーキテクチャを採用する電気自動車がますます増えていくでしょう。

2.2.2 パワーバッテリー: 超急速充電がトレンドになる

パワーバッテリー PACK は、新エネルギー車の核となるエネルギー源として、車両に駆動電力を供給します。これは主に、パワーバッテリーモジュール、構造システム、電気システム、熱管理システム、BMSの5つの部分で構成されています。

1) パワーバッテリーモジュールは、エネルギーを蓄積および放出するバッテリーパックの「心臓」のようなものです。

2) 機構システムはバッテリーパックの「骨格」とみなすことができ、主にバッテリーパックの上部カバー、トレイ、およびサポート、機械的衝撃耐性、防水および防塵の役割を果たすさまざまなブラケットで構成されています。

3) 電気システムは主に高圧ワイヤーハーネス、低圧ワイヤーハーネス、リレーで構成され、高圧ワイヤーハーネスはさまざまなコンポーネントに電力を伝送し、低圧ワイヤーハーネスは検出信号と制御信号を伝送します。 ;

4) 熱管理システムは、空冷、水冷、液冷、相変化材料の 4 つのタイプに分類できます。バッテリーは充電および放電中に大量の熱を発生しますが、その熱は熱管理システムによって放散されるため、バッテリーは適切な動作温度内に維持されます。バッテリーの安全性と寿命の延長。

5) BMS は主に CMU と BMU の 2 つの部分で構成されます。 CMU (セルモニターユニット) は、バッテリーの電圧、電流、温度などのパラメーターを測定し、BMU (バッテリー管理ユニット、バッテリー管理ユニット) にデータを送信する単一の監視ユニットです。異常な場合は、バッテリー残量低下要求を発行するか、バッテリーを保護するために充放電経路を遮断します。車のコントローラー。

銭山産業研究院のデータによると、コスト分割の観点から見ると、新エネルギー車の電力コストの 50% はバッテリーセルにあり、パワーエレクトロニクスと PACK がそれぞれ約 20% を占め、BMS と熱管理システムが占めています。 10％を占めます。 2020年の世界のパワーバッテリーPACKの設置容量は136.3GWhで、20​​19年と比較して18.3%増加しました。世界のパワーバッテリーPACK業界の市場規模は、2011年の約39億8,000万米ドルから2017年には386億米ドルへと急速に成長しました。 PACK の市場規模は 1,863 億ドルに達し、2011 年から 2023 年の CAGR は約 37.8% となり、巨大な市場空間を示しています。 2019年の中国のパワーバッテリーPACK市場規模は522億4,800万元で、設置容量は2012年の7万8,500セットから2019年には1,241,900セットまで増加し、CAGRは73.7%であった。 2020年の中国における動力用電池の総設置容量は64GWhとなり、前年比2.9％増加する見通しだ。パワーバッテリーの急速充電に対する技術的障壁は高く、制約は複雑です。 「リチウムイオン電池の急速充電: レビュー」によると、リチウムイオン電池の急速充電に影響を与える要因は、原子、ナノメートル、セル、バッテリーパック、システムなどのさまざまなレベルから来ており、各レベルには多くの潜在的な制約が含まれています。 Gaogong リチウム電池によれば、高速リチウム挿入と負極の熱管理が急速充電機能の 2 つの鍵となります。 1) 負極の高速リチウムインターカレーション能力により、リチウムの析出やリチウムデンドライトの発生を回避できるため、電池容量の不可逆的な低下や寿命の短縮を回避できます。 2) バッテリーは急激に発熱すると発熱し、ショートして発火しやすくなります。同時に、電解液には高い導電性も必要であり、正極と負極と反応せず、高温に耐え、難燃性があり、過充電を防ぐことができます。
高圧の明らかな利点

電気駆動および電子制御システム: 新エネルギー車は炭化ケイ素の黄金の 10 年を推進します。新エネルギー車システム アーキテクチャにおける SiC アプリケーションを含むシステムには、主にモーター ドライブ、車載充電器 (OBC)/車外充電器、電力変換システム (車載 DC/DC) が含まれます。 SiC デバイスは、新エネルギー車の用途において大きな利点を持っています。 IGBTはバイポーラ素子であるため、ターンオフ時にテール電流が流れるため、ターンオフ損失が大きくなります。 MOSFETはユニポーラデバイスであり、テール電流がなく、SiC MOSFETのオン抵抗とスイッチング損失が大幅に低減され、パワーデバイス全体が高温、高効率、高周波特性を備えているため、エネルギー変換効率が向上します。

モータードライブ: モータードライブに SiC デバイスを使用する利点は、コントローラーの効率を向上させ、電力密度とスイッチング周波数を高め、スイッチング損失を低減し、回路冷却システムを簡素化し、それによってコスト、サイズを削減し、電力密度を向上させることです。トヨタのSiCコントローラーは、電動駆動コントローラーのサイズを80％縮小します。

電力変換: オンボード DC/DC コンバータの役割は、パワー バッテリーによって出力される高電圧直流を低電圧直流に変換し、それによって動力推進、HVAC、窓などのさまざまなシステムにさまざまな電圧を提供することです。エレベーター、内外の照明、インフォテインメント、および一部のセンサー。 SiCデバイスの使用により、電力変換損失が低減され、放熱部品の小型化が可能になり、トランスの小型化が可能になります。充電モジュール: オンボード充電器と充電パイルは、高周波、高温、高電圧を活用できる SiC デバイスを使用します。 SiC MOSFET を使用すると、オンボード/オフボード充電器の電力密度が大幅に向上し、スイッチング損失が低減され、熱管理が改善されます。 Wolfspeed によると、車のバッテリー充電器に SiC MOSFET を使用すると、システム レベルでの BOM コストが 15% 削減されます。 400V システムと同じ充電速度で、SiC はシリコン材料の 2 倍の充電容量を実現できます。

テスラは業界のトレンドをリードしており、初めてインバーターに SiC を使用しました。 Tesla Model 3 の電気駆動メイン インバータは、650V SiC MOSFET を含む STMicroelectronics の全 SiC パワー モジュールを使用しており、その基板は Cree によって提供されています。現在、テスラはインバーターにのみ SiC 材料を使用していますが、将来的には車載充電器 (OBC) や充電パイルなどにも SiC が使用される可能性があります。