過充電モードでは、車両側にもいくつかの厳格な要件があります。車両バッテリーの電圧は450Vから950V以上に増加し、充電および配電システム、電動駆動システム、バッテリーシステム、熱管理システムなどがすべて大きな変化を遂げています。高電圧は、コンプレッサーやPTC、モータードライブMCUなどのコアコンポーネントのコストを増加させます。より成熟した2Cおよび400Vの急速充電システムと比較して、950V電圧プラットフォームのコストは450V電圧プラットフォームと比較して約6,500元増加します。将来、国内外のOEMメーカーは、中高級モデルで800V以上の高電圧プラットフォームの適用を優先し、差別化競争力を創出するでしょう。中長期的には、SiCや急速充電バッテリーなどのコアコンポーネントのコストが低下するにつれて、中低級モデルも急速充電に対する需要があり、電気アーキテクチャを800V以上にアップグレードする長期的なトレンドがあります。
450V電圧プラットフォームと比較して、同じパック電力の前提で、950Vプラットフォームはシリーズ接続されるバッテリーセルの数を増やし、単一のバッテリーセルの容量を減らすことで実現されます。バッテリーの数が増えると、バッテリー間に差異があると、バッテリー寿命が短くなります。これに影響を受け、800Vバッテリーシステムはセルの生産技術と一貫性に対する要件を高めています。セルストリングの数が増えると、バッテリーの一貫性管理の難易度が増します。車両側のBMS（バッテリー管理システム）のメインチップ、サンプリングチップ、高低電圧回路間の通信絶縁チップなどのコンポーネントやコネクターを再選択する必要があります。同時に、急速充電中に発生する熱量が多いため、熱暴走のリスクが増加し、効果的な監視と早期警告が必要です。
低速充電技術では、外部回路の電流が小さいため、対応する電子の移動速度が遅くなります。この時、内部回路でのイオンと電子の反応は、外部回路の電子速度に適応します。この環境では、2極の電位差は基本的に平衡電位とほぼ同じです。急速充電の場合、リチウムイオンは急速に正極から脱落し、バッテリー内部でリチウムイオンの濃度が非常に高くなります。急激なリチウムイオン濃度の増加は、バッテリー内部の活性粒子間の応力ミスマッチを引き起こします。この応力がしきい値に達すると、活性粒子が破損し、損傷します。これにより、電源バッテリーの寿命が短縮されるだけでなく、内部抵抗が増加します。バッテリーの内部抵抗が増加すると、内部回路でのイオンと電子の移動速度が遅くなります。同時に、2つの間の中和速度が外部回路の電子の移動速度に追いつけなくなります。この「外側は速いが内側は遅い」の作用の下で、電子は電極で蓄積され、電極電位が平衡電位から逸脱することになり、これが一般的に極化として知られています。
極化現象の蓄積は、負極におけるリチウムの析出、容量の減少、発熱などの問題を引き起こし、急速充電の開発を制限しています。現在、次の3つのターゲットソリューションがあります：二次粒子化、表面炭素コーティング、シリコンカーボン負極。
導電添加剤の機能は、活性材料と電流集電体間、および活性材料間の微小電流を集め、電極の接触抵抗を減少させ、電子の移動速度を加速させることです。現在、炭素ベースの導電剤は、導電性黒鉛、導電性カーボンブラック、チョップド炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンの5つのタイプに分けることができます。導電性カーボンブラックとカーボンナノチューブで複合された導電添加剤が最も理想的な使用形態です。GGIIのデータによると、2021年において、導電性カーボンブラックが国内の電動車用バッテリー導電剤の60%を占め、カーボンナノチューブが27%、グラフェンと導電性黒鉛がそれぞれ8%、4%を占めています。
GGIIの計算によると、導電性カーボンブラックなどの従来の炭素黒導電剤の添加量は、陽極材料の重量の約3%であり、一方、カーボンナノチューブやグラフェンなどの新しい導電剤の添加量は0.8%-1.5%に減少しています。電極中の導電剤の役割は、電子が移動する経路を提供することです。導電剤の含有量が適切であれば、より高い放電容量とより良いサイクル性能が得られます。含有量が低すぎると、電子の導電経路が少なく、大電流の充放電には適していません。逆に、含有量が高すぎると、活性材料の相対含有量が減少し、バッテリー容量が低下します。充電速度が上がるにつれて、より高い導電性を持つ導電性カーボンブラック材料を使用する必要があります。高速充電性能を満たすために、陽極と陰極に添加される導電剤の割合はさらに増加します。4Cで、1GWhの導電性カーボンブラックの需要は2Cと比較して約35%増加します。電流集電体の炭素コーティングも導電性カーボンブラックの需要を増加させます。
既存のほとんどのパワーデバイスはシリコン半導体材料に基づいています。シリコン材料の物理特性の制約により、デバイスのエネルギー効率と性能は徐々に限界に近づき、急速に成長し変化する電気エネルギー応用の新しい要求を満たすことが難しくなっています。優れた耐高電圧性、耐高温性、低損失などの特性を持つ炭化珪素パワーデバイスは、電力電子システムの高効率、小型化、軽量化の要求を効果的に満たすことができます。同じ仕様のシリコンベースのMOSFETに比べて、炭化珪素ベースのMOSFETのサイズは大幅に縮小され、オン抵抗は少なくとも元の1/100にまで低減されます。同じ仕様の炭化珪素ベースのMOSFETの総エネルギー損失は、シリコンベースのIGBTに比べて70%も削減されます。SiCの高効率と小型サイズは、電気自動車の航続距離、高速充電、軽量化のニーズを正確に解決します。
従来の燃料車におけるパワーセミコンダクターの価値は1台あたり88米ドルであり、一方、純粋な電気自動車におけるパワーセミコンダクターの価値は1台あたり350米ドル以上になることもあります。電気インテリジェンスの深化に伴い、半導体のコンテンツは引き続き増加すると予想されています。経済的な観点から、SiCの大規模な適用により、SiCデバイスの価格はIGBTの約2倍になると予想されています。もしパワーセミコンダクターの70%が完全にSiCに置き換えられると仮定すると、自転車の価値は2450元から約4000元に増加します。一方、車両レベルでのSiCはNEDC効率を3%向上させます。100kwhモデルの場合、構成された電力は2-3kwh相当に削減され、部分的なヘッジコストを約2000元節約することができます。将来的には、生産能力の拡大により希釈が固定されます。コストと技術の進歩により収益性が向上し、コストは急速に低下し続け、SiC車両のコストパリティの転換点を推進し、SiC高電圧モデルの普及を経済的モデルに加速させ、800Vの浸透率を高めます。
