En el modo de sobrecarga, también hay algunos requisitos rígidos para el extremo del automóvil. Desde la perspectiva de los componentes del vehículo, el voltaje de la batería del vehículo ha aumentado de 450V a 950V o más, y el sistema de carga y distribución, el sistema de accionamiento eléctrico, el sistema de batería y el sistema de gestión térmica han experimentado cambios significativos. El voltaje alto aumentará el costo de compresores, PTCs y MCUs de accionamiento de motor. En comparación con los sistemas de carga rápida 2C y 400V más maduros, el costo de la plataforma de voltaje de 950V aumenta aproximadamente 6,500 yuanes en comparación con la plataforma de voltaje de 450V. En el futuro, los OEM nacionales y extranjeros priorizarán la aplicación de plataformas de alta tensión de 800V y superiores en modelos de gama media y alta para crear una competitividad diferenciada. A largo plazo, a medida que disminuye el costo de los componentes principales como SiC y las baterías de carga rápida, los modelos de gama media y baja también tienen demanda de carga rápida, y hay una tendencia a largo plazo para actualizar las arquitecturas eléctricas a 800V y superiores.
Comparado con la plataforma de voltaje de 450V, bajo la premisa de la misma potencia del paquete, la plataforma de 950V se logra aumentando el número de celdas de batería en serie y reduciendo la capacidad de una sola celda de batería. El número de baterías en serie aumenta. Si hay diferencias entre las baterías, la vida útil de la batería se acortará. Afectado por esto, el sistema de batería de 800V ha aumentado sus requisitos para la tecnología de producción de celdas y la consistencia. A medida que aumenta el número de cadenas de celdas, la dificultad de la gestión de la consistencia de la batería aumenta. Se necesitará volver a seleccionar componentes y conectores como el chip principal del BMS (sistema de gestión de baterías) en el extremo del vehículo, el chip de muestreo y el chip de aislamiento de comunicación entre los circuitos de alta y baja tensión. Al mismo tiempo, debido a la gran cantidad de calor generado durante la carga rápida, aumenta el riesgo de desbordamiento térmico, por lo que se requiere un monitoreo efectivo y una advertencia temprana.
En la tecnología de carga lenta, debido a que la corriente en el circuito externo es pequeña, la velocidad de migración de electrones correspondiente es más lenta. En este momento, la reacción de iones y electrones en el circuito interno se adapta a la velocidad de electrones en el circuito externo. En este entorno, el potencial de los dos polos La diferencia es básicamente la misma que el potencial de equilibrio. En aplicaciones de carga rápida, los iones de litio se desprenden rápidamente del electrodo positivo, lo que resulta en una concentración extremadamente alta de iones de litio dentro de la batería. El aumento repentino en la concentración de iones de litio causa un desajuste de estrés entre las partículas activas dentro de la batería. Cuando esto ocurre Después de que el estrés alcanza el umbral, causará que las partículas activas se rompan y se dañen, lo que no solo reduce la vida útil de la batería de potencia, sino que también aumenta su resistencia interna. Debido al aumento de la resistencia interna de la batería, la velocidad de migración de iones y electrones en el circuito interno se ralentiza. Al mismo tiempo, la velocidad de neutralización entre los dos no puede seguir el ritmo de la velocidad de migración de electrones en el circuito externo. En este 'rápido en el exterior pero lento en el interior' Bajo la acción de , los electrones comienzan a acumularse en el electrodo, lo que hace que el potencial del electrodo se desvíe del potencial de equilibrio, comúnmente conocido como polarización.
La acumulación de fenómenos de polarización causa problemas como la precipitación de litio, la pérdida de capacidad y la generación de calor en el electrodo negativo, lo que limita el desarrollo de la carga rápida. Actualmente, existen tres soluciones específicas: granulación secundaria, recubrimiento de carbono superficial y electrodos negativos de silicio-carbono.
La función de los aditivos conductores es recolectar microcorrientes entre materiales activos y entre materiales activos y colectores de corriente para reducir la resistencia de contacto de los electrodos y acelerar la velocidad de movimiento de los electrones. En la actualidad, los agentes conductores a base de carbono se pueden dividir en cinco tipos: grafito conductor, negro de carbono conductor, fibra de carbono picada, nanotubos de carbono y grafeno. El aditivo conductor compuesto con negro de carbono y nanotubos de carbono es la forma de uso más ideal. Según datos de GGII, en 2021, el negro de carbono conductor representa hasta el 60% de los agentes conductores de baterías de potencia de mi país, los nanotubos de carbono representan el 27%, el grafeno y el grafito conductor representan el 8% y el 4% respectivamente.
Según los cálculos de GGII, la cantidad de adición de agentes conductores de carbono tradicionales como el negro de carbono conductor es aproximadamente del 3% del peso del material del cátodo, mientras que la cantidad de adición de nuevos agentes conductores como nanotubos de carbono y grafeno se reduce al 0.8%-1.5%. El papel del agente conductor en el electrodo es proporcionar un canal para que los electrones se muevan. Si el contenido del agente conductor es adecuado, se puede obtener una mayor capacidad de descarga y un mejor rendimiento cíclico. Si el contenido es demasiado bajo, habrá pocos canales conductores para los electrones, lo que no es propicio para la carga y descarga de corriente alta; si es demasiado alto, entonces se reduce el contenido relativo de materiales activos y se reduce la capacidad de la batería. A medida que aumenta la velocidad de carga, se necesitarán materiales de negro de carbono conductor con una conductividad más alta. Para cumplir con el rendimiento de carga rápida, la proporción de agente conductor agregado a los electrodos positivo y negativo se incrementará aún más. Bajo 4C, la demanda de 1GWh de negro de carbono conductor aumentará aproximadamente un 35% en comparación con 2C. El recubrimiento de carbono de los colectores de corriente también aumentará la demanda de negro de carbono conductor.
La mayoría de los dispositivos de potencia existentes se basan en materiales semiconductores de silicio. Debido a las limitaciones de las propiedades físicas de los materiales de silicio, la eficiencia energética y el rendimiento de los dispositivos han alcanzado gradualmente sus límites, lo que dificulta satisfacer las nuevas demandas de energía eléctrica en constante crecimiento y cambio. Con su excelente resistencia a alta tensión, resistencia a altas temperaturas, baja pérdida y otras propiedades, los dispositivos de potencia de carburo de silicio pueden satisfacer eficazmente los requisitos de alta eficiencia, miniaturización y ligereza de los sistemas electrónicos de potencia. En comparación con los MOSFET basados en silicio de las mismas especificaciones, los MOSFET basados en carburo de silicio pueden reducir significativamente su tamaño a 1/10 del original, y la resistencia de encendido puede reducirse al menos a 1/100 del original. La pérdida total de energía de los MOSFET basados en carburo de silicio con las mismas especificaciones puede reducirse en un 70% en comparación con los IGBT basados en silicio. La alta eficiencia y el tamaño pequeño del SiC resuelven con precisión las necesidades de autonomía de los vehículos eléctricos, carga rápida y ligereza.
El valor de los semiconductores de potencia en los vehículos de combustible tradicionales es de 88 dólares por vehículo, mientras que el valor de los semiconductores de potencia en los vehículos eléctricos puros es de hasta 350 dólares por vehículo, o incluso más. La profundización posterior de la inteligencia eléctrica se espera que impulse el aumento continuo del contenido de semiconductores; desde una perspectiva económica, con la aplicación a gran escala de SiC, se espera que el precio de los dispositivos SiC sea aproximadamente 2 veces el de los IGBT. Si se asume que el 70% de los semiconductores de potencia son completamente reemplazados por SiC, el valor de una bicicleta aumentará de 2450 yuanes a aproximadamente 4,000 yuanes. Por otro lado, SiC a nivel de vehículo impulsa la eficiencia NEDC a aumentar en un 3%. Para un modelo de 100kwh, la potencia configurada se reduce equivalente a 2-3kwh, ahorrando aproximadamente 2,000 yuanes en costos de cobertura parcial. En el futuro, la dilución se fijará con la expansión de la capacidad de producción. El progreso tecnológico y de costos ha mejorado los rendimientos, y los costos continuarán disminuyendo rápidamente, impulsando el punto de inflexión de la paridad de costos de vehículos SiC, acelerando la extensión de modelos SiC de alta tensión a modelos económicos y aumentando la tasa de penetración de 800V.
