Em modo de supercarregamento, também existem alguns requisitos rígidos para o carro. Do ponto de vista dos componentes do veículo, a voltagem da bateria do veículo aumentou de 450V para 950V ou mais, e o sistema de carregamento e distribuição, sistema de acionamento elétrico, sistema de bateria e sistema de gerenciamento térmico passaram por mudanças significativas. A alta voltagem aumentará o custo de compressores, PTCs e MCUs de acionamento de motor. Comparado com os sistemas de carregamento rápido 2C e 400V mais maduros, o custo da plataforma de voltagem de 950V aumenta cerca de 6.500 yuan em comparação com a plataforma de voltagem de 450V. No futuro, OEMs domésticos e estrangeiros priorizarão a aplicação de plataformas de alta voltagem de 800V e acima em modelos de médio a alto padrão para criar competitividade diferenciada. A longo prazo, à medida que o custo de componentes essenciais como SiC e baterias de carregamento rápido diminui, modelos de médio a baixo padrão também têm demanda por carregamento rápido, e há uma tendência de longo prazo para atualizar arquiteturas elétricas para 800V e acima.
Comparado com a plataforma de voltagem de 450V, sob a premissa da mesma potência do pacote, a plataforma de 950V é alcançada aumentando o número de células de bateria em série e reduzindo a capacidade de uma única célula de bateria. O número de baterias em série aumenta. Se houver diferenças entre as baterias, a vida útil da bateria será encurtada. Afetado por isso, o sistema de bateria de 800V aumentou seus requisitos para a tecnologia de produção de células e consistência. À medida que o número de strings de células aumenta, a dificuldade de gerenciamento de consistência da bateria aumenta. Componentes e conectores como o chip principal do BMS (sistema de gerenciamento de bateria) na extremidade do veículo, o chip de amostragem e o chip de isolamento de comunicação entre os circuitos de alta e baixa voltagem precisam ser reselecionados. Ao mesmo tempo, devido à grande quantidade de calor gerado durante o carregamento rápido, o risco de ignição térmica aumenta, portanto, é necessária uma monitorização eficaz e alerta precoce.
Na tecnologia de carregamento lento, devido a que a corrente no circuito externo é pequena, a velocidade de migração de elétrons correspondente é mais lenta. Neste momento, a reação de íons e elétrons no circuito interno é adaptada à velocidade de elétrons no circuito externo. Neste ambiente, o potencial dos dois polos A diferença é basicamente a mesma que o potencial de equilíbrio. Nas aplicações de carregamento rápido, os íons de lítio caem rapidamente do eletrodo positivo, resultando em uma concentração extremamente alta de íons de lítio dentro da bateria. O aumento repentino na concentração de íons de lítio causa um desajuste de estresse entre as partículas ativas dentro da bateria. Quando isso ocorre, após o estresse atingir o limite, causará a quebra e danos das partículas ativas, o que não apenas reduz a vida útil da bateria de energia, mas também aumenta sua resistência interna. Devido ao aumento da resistência interna da bateria, a velocidade de migração de íons e elétrons no circuito interno diminui. Ao mesmo tempo, a velocidade de neutralização entre os dois não consegue acompanhar a velocidade de migração de elétrons no circuito externo. Neste 'rápido por fora mas lento por dentro' Sob a ação de , os elétrons começam a se acumular no eletrodo, o que faz com que o potencial do eletrodo se desvie do potencial de equilíbrio, comumente conhecido como polarização.
A acumulação de fenômenos de polarização causa problemas como precipitação de lítio, perda de capacidade e geração de calor no eletrodo negativo, o que limita o desenvolvimento do carregamento rápido. Atualmente, existem três soluções direcionadas: granulação secundária, revestimento de carbono superficial e eletrodos negativos de silício-carbono.
A função dos aditivos condutores é coletar microcorrentes entre materiais ativos e entre materiais ativos e coletores de corrente para reduzir a resistência de contato dos eletrodos e acelerar a velocidade de movimento de elétrons. Atualmente, os agentes condutores à base de carbono podem ser divididos em cinco tipos: grafite condutor, negro de carbono condutor, fibra de carbono picada, nanotubos de carbono e grafeno. O aditivo condutor composto com negro de carbono e nanotubos de carbono é a forma de uso mais ideal. De acordo com dados da GGII, em 2021, o negro de carbono condutor representa até 60% dos agentes condutores de baterias de energia da China, os nanotubos de carbono representam 27%, o grafeno e o grafite condutor representam 8% e 4%, respectivamente.
De acordo com cálculos da GGII, a quantidade adicional de agentes condutores de carbono tradicionais, como o negro de carbono condutor, é cerca de 3% do peso do material do cátodo, enquanto a quantidade adicional de novos agentes condutores, como nanotubos de carbono e grafeno, é reduzida para 0,8%-1,5%. O papel do agente condutor no eletrodo é fornecer um canal para os elétrons se moverem. Se o conteúdo do agente condutor for apropriado, uma capacidade de descarga mais alta e melhor desempenho de ciclo podem ser obtidos. Se o conteúdo for muito baixo, haverá poucos canais condutores para os elétrons, o que não é propício para o carregamento e descarregamento de correntes altas; se for muito alto, então o conteúdo relativo de materiais ativos é reduzido e a capacidade da bateria é reduzida. À medida que a taxa de carregamento aumenta, materiais de negro de carbono condutor com maior condutividade precisam ser usados. Para atender ao desempenho de carregamento rápido, a proporção do agente condutor adicionado aos eletrodos positivo e negativo será aumentada ainda mais. Sob 4C, a demanda por 1GWh de negro de carbono condutor aumentará cerca de 35% em comparação com 2C. O revestimento de carbono dos coletores de corrente também aumentará a demanda por negro de carbono condutor.
A maioria dos dispositivos de potência existentes é baseada em materiais semicondutores de silício. Devido às limitações das propriedades físicas dos materiais de silício, a eficiência energética e o desempenho dos dispositivos gradualmente se aproximaram de seus limites, tornando difícil atender às novas demandas em rápida expansão e mudança para aplicações de energia elétrica. Com sua excelente resistência a alta voltagem, resistência a altas temperaturas, baixa perda e outras propriedades, os dispositivos de potência de carbeto de silício podem atender efetivamente aos requisitos de alta eficiência, miniaturização e leveza dos sistemas eletrônicos de potência. Comparados com os MOSFETs baseados em silício de mesma especificação, os MOSFETs baseados em carbeto de silício têm seu tamanho significativamente reduzido para 1/10 do original, e a resistência de condução pode ser reduzida para pelo menos 1/100 do original. A perda total de energia dos MOSFETs baseados em carbeto de silício com a mesma especificação pode ser grandemente reduzida em 70% em comparação com os IGBTs baseados em silício. A alta eficiência e o pequeno tamanho do SiC resolvem com precisão as necessidades de autonomia, carregamento rápido e leveza dos veículos elétricos.
O valor dos semicondutores de potência em veículos tradicionais a combustível é de US$ 88 por veículo, enquanto o valor dos semicondutores de potência em veículos elétricos puros chega a US$ 350 por veículo, ou até mais. A subsequente intensificação da inteligência elétrica é esperada para impulsionar o aumento contínuo do conteúdo de semicondutores; do ponto de vista econômico, com a aplicação em larga escala de SiC, o preço dos dispositivos de SiC é esperado ser cerca de 2 vezes o dos IGBTs. Se for assumido que 70% dos semicondutores de potência são completamente substituídos por SiC, o valor de um veículo aumentará de 2450 Yuan para cerca de 4.000 Yuan. Por outro lado, o SiC no nível do veículo impulsiona a eficiência NEDC a aumentar em 3%. Para um modelo de 100kwh, a potência configurada é equivalente reduzida em 2-3kwh, economizando cerca de 2.000 Yuan em custos de hedge parcial. No futuro, a diluição será fixada com a expansão da capacidade de produção. O progresso tecnológico e de custos melhorou os rendimentos, e os custos continuarão a diminuir rapidamente, impulsionando o ponto de inflexão da paridade de custo do veículo SiC, acelerando a extensão de modelos de alta voltagem de SiC para modelos econômicos, e aumentando a taxa de penetração de 800V.
