과충전 모드에서는 차량 단에도 몇 가지 엄격한 요구 사항이 있습니다. 차량 구성 요소 관점에서 차량 배터리 전압이 450V에서 950V 이상으로 증가했으며, 충전 및 분배 시스템, 전기 구동 시스템, 배터리 시스템 및 열 관리 시스템이 모두 큰 변화를 겪었습니다. 고전압은 압축기, PTC 및 모터 드라이브 MCU의 비용을 증가시킵니다. 더 성숙한 2C 및 400V 고속 충전 시스템과 비교했을 때, 950V 전압 플랫폼의 비용은 450V 전압 플랫폼에 비해 약 6,500위안 증가합니다. 미래에 국내외 OEM은 중고급 모델에서 800V 이상의 고전압 플랫폼을 우선적으로 적용하여 차별화된 경쟁력을 창출할 것입니다. 장기적으로 SiC 및 고속 충전 배터리와 같은 핵심 구성 요소의 비용이 감소함에 따라 중저가 모델도 고속 충전에 대한 수요가 있으며, 전기 아키텍처를 800V 이상으로 업그레이드하는 장기적인 추세가 있습니다.
팩 전력이 동일한 상태에서 450V 전압 플랫폼과 비교했을 때, 950V 플랫폼은 시리즈로 연결된 배터리 셀 수를 증가시키고 단일 배터리 셀의 용량을 줄이는 것으로 달성됩니다. 배터리 수가 증가함에 따라 배터리 간의 차이가 있으면 배터리 수명이 단축됩니다. 이에 영향을 받아 800V 배터리 시스템은 셀 생산 기술과 일관성에 대한 요구 사항을 높였습니다. 셀 스트링 수가 증가함에 따라 배터리 일관성 관리의 어려움이 증가합니다. 차량 단의 BMS (배터리 관리 시스템)의 주 칩, 샘플링 칩 및 고저 전압 회로 간 통신 분리 칩과 같은 구성 요소 및 커넥터를 다시 선택해야 합니다. 동시에 고속 충전 중 발생하는 열량이 많아지면 열량 폭주의 위험이 증가하므로 효과적인 모니터링과 조기 경고가 필요합니다.
느린 충전 기술에서는 외부 회로의 전류가 작기 때문에 해당 전자 이동 속도가 느립니다. 이때 내부 회로에서 이온과 전자의 반응은 외부 회로의 전자 속도에 적응됩니다. 이 환경에서 두 극의 전위 차이는 기본적으로 평형 전위와 거의 동일합니다. 고속 충전 응용에서 리튬 이온은 긍정극에서 빠르게 떨어지면 배터리 내부에서 극도로 높은 리튬 이온 농도를 야기합니다. 리튬 이온 농도의 급격한 증가는 배터리 내부의 활성 입자 사이의 응력 불일치를 일으킵니다. 이 응력이 임계값에 도달하면 활성 입자가 파괴되고 손상을 입게되며, 전원 배터리의 수명을 줄이고 내부 저항을 증가시킵니다. 배터리의 내부 저항이 증가함에 따라 내부 회로에서 이온과 전자의 이동 속도가 느려집니다. 동시에 두 극 사이의 중화 속도가 외부 회로의 전자 이동 속도를 따라잡지 못합니다. 이 '외부에서 빠르지만 내부에서 느린' 작용에 따라 전극에서 전자가 축적되어 전극 전위가 평형 전위에서 벗어나 극화라고 일반적으로 알려진 현상이 발생합니다.
극화 현상의 축적으로 음극에서 리튬 침전, 용량 손실 및 발열과 같은 문제가 발생하여 고속 충전의 발전을 제한합니다. 현재 세 가지 대상 솔루션이 있습니다: 이차 성분화, 표면 탄소 코팅 및 실리콘-탄소 음극.
전도 첨가제의 기능은 활성 물질 간 및 활성 물질과 전류 수집기 간의 미세 전류를 수집하여 전극의 접촉 저항을 줄이고 전자의 이동 속도를 가속화하는 것입니다. 현재 탄소 기반의 전도 첨가제는 전도성 흑연, 전도성 카본 블랙, 삭 카본 섬유, 탄소 나노관 및 그래핀으로 나뉠 수 있습니다. 탄소 블랙과 탄소 나노관으로 구성된 전도 첨가제가 가장 이상적인 사용 형태입니다. GGII 데이터에 따르면, 2021년에 내국인 전력 배터리 전도제 중 전도성 카본 블랙이 60%를 차지하고 있으며, 탄소 나노관이 27%, 그래핀과 전도성 흑연이 각각 8%와 4%를 차지하고 있습니다.
GGII 계산에 따르면, 전통적인 탄소 블랙 전도제인 전도성 탄소 블랙의 첨가량은 음극재 무게의 약 3% 정도이며, 탄소 나노튜브 및 그래핀과 같은 새로운 전도제의 첨가량은 0.8%-1.5%로 줄어듭니다. 전도제의 역할은 전자가 이동할 수 있는 경로를 제공하는 것입니다. 전도제의 내용물이 적절하면 더 높은 방전 용량과 더 나은 사이클 성능을 얻을 수 있습니다. 내용물이 너무 낮으면 전자를 위한 전도 경로가 적어 대전류 충전 및 방전에 유리하지 않습니다. 너무 높으면 상대적인 활성 물질의 내용물이 줄어들어 배터리 용량이 감소합니다. 충전 속도가 증가함에 따라 더 높은 전도성을 가진 탄소 블랙 소재를 사용해야 합니다. 빠른 충전 성능을 충족하기 위해 양극 및 음극에 첨가되는 전도제의 비율이 더욱 증가할 것입니다. 4C에서 1GWh의 전도성 탄소 블랙 수요는 2C와 비교했을 때 약 35% 증가할 것입니다. 전류 수집기의 탄소 코팅도 전도성 탄소 블랙의 수요를 증가시킬 것입니다.
기존의 대부분의 전력 장치는 실리콘 반도체 소재를 기반으로 합니다. 실리콘 소재의 물리적 특성 제한으로 인해 장치의 에너지 효율성과 성능이 점차 한계에 다다르며, 전기 에너지 응용에 대한 신속하고 변화무쌍한 새로운 수요를 충족하기 어려워졌습니다. 우수한 고전압 저항, 고온 저항, 저손실 등의 특성으로 실리콘 카바이드 전력 장치는 전력 전자 시스템의 고효율, 소형화 및 경량화 요구를 효과적으로 충족할 수 있습니다. 동일 사양의 실리콘 기반 MOSFET와 비교했을 때, 실리콘 카바이드 기반 MOSFET의 크기는 원래의 1/10로 크게 축소될 수 있으며, 온 저항은 최소한 원래의 1/100로 감소할 수 있습니다. 동일 사양의 실리콘 카바이드 기반 MOSFET의 총 에너지 손실은 실리콘 기반 IGBT와 비교했을 때 70% 이상 감소할 수 있습니다. SiC의 고효율과 소형 크기는 전기 자동차의 주행 거리, 빠른 충전 및 경량화 요구를 정확하게 해결합니다.
전통적인 연료 차량에서의 전력 반도체 가치는 차량 당 88달러이며, 순수 전기 차량에서의 전력 반도체 가치는 차량 당 350달러 이상입니다. 이후의 전기 지능화는 반도체 콘텐츠의 계속적인 증가를 촉진할 것으로 예상됩니다. 경제적인 측면에서, SiC의 대규모 응용으로 인해 SiC 장치의 가격은 IGBT의 약 2배로 예상됩니다. 전력 반도체의 70%가 완전히 SiC로 대체된다고 가정하면, 자전거의 가치는 2,450위안에서 약 4,000위안으로 증가할 것입니다. 반면, 차량 수준에서 SiC는 NEDC 효율을 3% 증가시킵니다. 100kwh 모델의 경우, 구성된 전력은 동등하게 2-3kwh 감소되어 부분 헷지 비용을 약 2,000위안 절약할 수 있습니다. 미래에는 생산 능력의 확대로 희석이 고정될 것입니다. 비용 및 기술적 진보로 수율이 향상되며, 비용은 계속해서 급속히 감소할 것이며, SiC 차량 비용 평준화의 굴절점을 촉진시키고, SiC 고전압 모델의 보급을 경제적 모델로 가속화시키고, 800V의 침투율을 높일 것입니다.
