Im Überladungsmodus gibt es auch einige strenge Anforderungen an das Fahrzeugende. Aus Sicht der Fahrzeugkomponenten hat sich die Fahrzeugbatteriespannung von 450V auf 950V oder höher erhöht, und das Lade- und Verteilungssystem, das elektrische Antriebssystem, das Batteriesystem und das thermische Managementsystem haben alle erhebliche Veränderungen durchgemacht. Die Hochspannung wird die Kosten für Kompressoren, PTCs und Motorantriebs-MCUs erhöhen. Im Vergleich zu den ausgereifteren 2C- und 400V-Schnellladesystemen erhöhen sich die Kosten der 950V-Spannungsplattform um etwa 6.500 Yuan im Vergleich zur 450V-Spannungsplattform. In Zukunft werden inländische und ausländische OEMs die Anwendung von 800V und höheren Hochspannungsplattformen in Mittel- bis Oberklassemodellen priorisieren, um differenzierte Wettbewerbsfähigkeit zu schaffen. Langfristig, da die Kosten für Kernkomponenten wie SiC und Schnellladebatterien sinken, haben auch Mittel- bis Niedrigpreismodelle Bedarf an Schnellladung, und es gibt einen langfristigen Trend zur Aufrüstung der elektrischen Architekturen auf 800V und höher.
Verglichen mit der 450V-Spannungsplattform wird unter der Voraussetzung der gleichen Packleistung die 950V-Plattform durch Erhöhung der Anzahl der Batteriezellen in Serie und Reduzierung der Kapazität einer einzelnen Batteriezelle erreicht. Mit zunehmender Anzahl von Batterien in Serie wird die Batterielebensdauer verkürzt, wenn es Unterschiede zwischen den Batterien gibt. Aufgrund dessen hat das 800V-Batteriesystem seine Anforderungen an die Zellproduktionstechnologie und -konsistenz erhöht. Mit zunehmender Anzahl von Zellreihen steigt die Schwierigkeit der Batteriekonsistenzverwaltung. Komponenten und Steckverbinder wie der Hauptchip des BMS (Battery Management System) auf der Fahrzeugseite, der Abtastchip und der Kommunikationsisolationschip zwischen den Hoch- und Niederspannungskreisen müssen neu ausgewählt werden. Gleichzeitig erfordert die große Menge an während der Schnellladung erzeugter Wärme eine effektive Überwachung und Frühwarnung.
In der Langsamladetechnologie ist der Strom im externen Stromkreis klein, daher ist die entsprechende Elektronenmigrationsgeschwindigkeit langsamer. Zu diesem Zeitpunkt ist die Reaktion von Ionen und Elektronen im internen Stromkreis an die Elektronengeschwindigkeit im externen Stromkreis angepasst. In dieser Umgebung ist das Potential der beiden Pole im Wesentlichen gleich dem Gleichgewichtspotential. Bei Anwendungen für Schnellladung fallen Lithiumionen schnell von der positiven Elektrode ab, was zu einer extrem hohen Lithiumionenkonzentration innerhalb der Batterie führt. Der plötzliche Anstieg der Lithiumionenkonzentration verursacht eine Spannungsmismatch zwischen den aktiven Partikeln innerhalb der Batterie. Wenn dieser Stress den Schwellenwert erreicht, führt dies dazu, dass die aktiven Partikel brechen und beschädigt werden, was nicht nur die Lebensdauer der Batterie verringert, sondern auch ihren Innenwiderstand erhöht. Aufgrund des Anstiegs des Innenwiderstands der Batterie verlangsamt sich die Migrationsgeschwindigkeit von Ionen und Elektronen im internen Stromkreis. Gleichzeitig kann die Neutralisationsgeschwindigkeit zwischen den beiden nicht mit der Elektronenmigrationsgeschwindigkeit im externen Stromkreis mithalten. Unter der Wirkung von "schnell außen, aber langsam innen" beginnen Elektronen, sich an der Elektrode anzusammeln, was dazu führt, dass das Elektrodenpotential vom Gleichgewichtspotential abweicht, was allgemein als Polarisation bekannt ist.
Die Akkumulation von Polarisation führt zu Problemen wie Lithiumabscheidung, Kapazitätsverlust und Wärmeerzeugung in der negativen Elektrode, was die Entwicklung von Schnellladetechnologien einschränkt. Derzeit gibt es drei gezielte Lösungen: Sekundärgranulation, Oberflächenkohlebeschichtung und Silizium-Kohlenstoff-Negativelektroden.
Die Funktion von leitfähigen Additiven besteht darin, Mikroströme zwischen den aktiven Materialien und zwischen den aktiven Materialien und den Stromkollektoren zu sammeln, um den Kontaktwiderstand der Elektroden zu reduzieren und die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen zu beschleunigen. Gegenwärtig können kohlenstoffbasierte leitfähige Mittel in fünf Typen unterteilt werden: leitfähiger Graphit, leitfähiger Ruß, geschnittene Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen. Das leitfähige Additiv, das mit Ruß und Kohlenstoffnanoröhren vermischt ist, ist die idealste Form der Verwendung. Laut GGII-Daten machen leitfähiger Ruß im Jahr 2021 bis zu 60% der leitfähigen Mittel für Batterien in meinem Land aus, Kohlenstoffnanoröhren machen 27% aus, Graphen und leitfähiger Graphit machen jeweils 8% bzw. 4% aus.
Gemäß Berechnungen von GGII beträgt die Zugabemenge traditioneller leitfähiger Kohlenstoffmaterialien wie leitfähiges Ruß etwa 3% des Gewichts des Kathodenmaterials, während die Zugabemenge neuer leitfähiger Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen auf 0,8%-1,5% reduziert wird. Die Rolle des leitfähigen Materials in der Elektrode besteht darin, einen Kanal für Elektronenbewegungen bereitzustellen. Wenn der Gehalt des leitfähigen Materials angemessen ist, kann eine höhere Entladekapazität und bessere Zyklusleistung erzielt werden. Ist der Gehalt zu niedrig, gibt es nur wenige leitfähige Kanäle für Elektronen, was nicht förderlich für das Laden und Entladen mit hohen Strömen ist; ist er zu hoch, wird der relative Gehalt an aktiven Materialien reduziert und die Batteriekapazität verringert. Mit zunehmender Ladegeschwindigkeit müssen leitfähige Kohlenstoffmaterialien mit höherer Leitfähigkeit verwendet werden. Um die Anforderungen an die Schnellladeleistung zu erfüllen, wird der Anteil des zugesetzten leitfähigen Materials an den positiven und negativen Elektroden weiter erhöht. Bei 4C wird der Bedarf an 1GWh leitfähigem Ruß um etwa 35% im Vergleich zu 2C steigen. Die Kohlenstoffbeschichtung der Stromkollektoren wird auch die Nachfrage nach leitfähigem Ruß erhöhen.
Die meisten der bestehenden Leistungselektronikgeräte basieren auf Silizium-Halbleitermaterialien. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Siliziummaterialien nähern sich die Energieeffizienz und Leistung der Geräte allmählich ihren Grenzen, was es schwierig macht, den schnell wachsenden und sich verändernden neuen Anforderungen für elektrische Energieanwendungen gerecht zu werden. Mit ihren ausgezeichneten Eigenschaften wie hoher Spannungsfestigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit, geringem Verlust und anderen Eigenschaften können Siliziumkarbid-Leistungselektronikgeräte effektiv die Anforderungen an hohe Effizienz, Miniaturisierung und Leichtbau von Leistungselektroniksystemen erfüllen. Im Vergleich zu Silizium-basierten MOSFETs derselben Spezifikationen können Siliziumkarbid-basierte MOSFETs ihre Größe signifikant auf 1/10 des Originals reduzieren, und der Einschaltwiderstand kann auf mindestens 1/100 des Originals reduziert werden. Der Gesamtenergieverlust von Siliziumkarbid-basierten MOSFETs mit denselben Spezifikationen kann um 70% im Vergleich zu Silizium-basierten IGBTs deutlich reduziert werden. Die hohe Effizienz und geringe Größe von SiC lösen genau die Anforderungen an die Reichweite, das schnelle Laden und das Leichtgewicht von Elektrofahrzeugen.
Der Wert von Leistungshalbleitern in traditionellen Kraftfahrzeugen beträgt 88 US-Dollar pro Fahrzeug, während der Wert von Leistungshalbleitern in reinen Elektrofahrzeugen bis zu 350 US-Dollar pro Fahrzeug oder sogar höher beträgt. Die nachfolgende Vertiefung der elektrischen Intelligenz wird voraussichtlich zu einem weiteren Anstieg des Halbleiterinhalts führen; aus wirtschaftlicher Sicht wird mit der großflächigen Anwendung von SiC erwartet, dass der Preis von SiC-Geräten etwa das Zweifache von IGBTs beträgt. Wenn angenommen wird, dass 70% der Leistungshalbleiter vollständig durch SiC ersetzt werden, wird der Wert eines Fahrrads von 2450 Yuan auf etwa 4.000 Yuan erhöht. Andererseits treibt SiC auf Fahrzeugebene die NEDC-Effizienz um 3% an. Für ein 100-kWh-Modell wird die konfigurierte Leistung äquivalent um 2-3 kWh reduziert, was etwa 2.000 Yuan an teilweisen Absicherungskosten spart. In Zukunft wird die Verdünnung mit der Ausweitung der Produktionskapazität festgelegt. Kosten- und technologischer Fortschritt haben die Ausbeuten verbessert, und die Kosten werden weiterhin rapide sinken, was den Wendepunkt der SiC-Fahrzeugkostenparität antreibt, die Ausweitung von SiC-Hochspannungsmodellen auf wirtschaftliche Modelle beschleunigt und die Durchdringungsrate von 800V erhöht.
