В режиме перезарядки также существуют некоторые жесткие требования к автомобилю. С точки зрения компонентов автомобиля, напряжение батареи автомобиля увеличилось с 450 В до 950 В или выше, и система зарядки и распределения, электрическая приводная система, батарейная система и система теплового управления все претерпели значительные изменения. Высокое напряжение увеличит стоимость компрессоров, PTC и микроконтроллеров управления двигателем. По сравнению с более зрелыми системами быстрой зарядки 2C и 400 В, стоимость платформы напряжением 950 В увеличивается примерно на 6 500 юаней по сравнению с платформой напряжением 450 В. В будущем отечественные и зарубежные автопроизводители будут отдавать предпочтение применению платформ высокого напряжения 800 В и выше в средне- и высококлассных моделях для создания дифференцированной конкурентоспособности. В долгосрочной перспективе, по мере снижения стоимости ключевых компонентов, таких как SiC и быстрые зарядные батареи, модели среднего и низкого уровня также будут иметь спрос на быструю зарядку, и существует долгосрочная тенденция к модернизации электрических архитектур до 800 В и выше.
По сравнению с платформой напряжением 450 В, при одинаковой мощности пакета платформа напряжением 950 В достигается за счет увеличения количества батарейных ячеек последовательно и уменьшения емкости одной батарейной ячейки. Увеличивается количество батарей в серии. Если есть различия между батареями, срок службы батареи будет сокращен. Под влиянием этого система батарей напряжением 800 В увеличивает требования к технологии производства ячеек и их согласованности. Поскольку количество строк ячеек увеличивается, увеличивается сложность управления согласованностью батарей. Компоненты и разъемы, такие как основной чип BMS (система управления батареей) на автомобильной стороне, чип выборки и чип изоляции связи между высоковольтными и низковольтными цепями, необходимо перевыбирать. В то же время, из-за большого количества выделяемого тепла во время быстрой зарядки, риск теплового разрыва увеличивается, поэтому требуется эффективный мониторинг и предупреждение.
В технологии медленной зарядки, поскольку ток во внешней цепи мал, скорость миграции электронов соответственно медленнее. В этот момент реакция ионов и электронов во внутренней цепи адаптируется к скорости электронов во внешней цепи. В этой среде потенциал двух полюсов практически такой же, как равновесный потенциал. В приложениях быстрой зарядки ионы лития быстро отсоединяются от положительного электрода, что приводит к чрезвычайно высокой концентрации ионов лития внутри батареи. Внезапное увеличение концентрации ионов лития вызывает несоответствие напряжений между активными частицами внутри батареи. Когда это происходит и стресс достигает порога, это приводит к разрушению активных частиц и их повреждению, что не только сокращает срок службы силовой батареи, но и увеличивает ее внутреннее сопротивление. Из-за увеличения внутреннего сопротивления батареи скорость миграции ионов и электронов во внутренней цепи замедляется. В то же время скорость нейтрализации между ними не может удерживать скорость миграции электронов во внешней цепи. Под действием этого "быстро снаружи, но медленно внутри" электроны начинают накапливаться на электроде, что вызывает отклонение электродного потенциала от равновесного потенциала, что известно как поляризация.
Накопление явления поляризации вызывает проблемы, такие как осаждение лития, потеря емкости и нагрев в отрицательном электроде, что ограничивает развитие быстрой зарядки. В настоящее время существуют три целенаправленных решения: вторичная грануляция, поверхностное углеродное покрытие и кремний-углеродные отрицательные электроды.
Функция проводящих добавок заключается в сборе микротоков между активными материалами и между активными материалами и токопроводами для снижения контактного сопротивления электродов и ускорения скорости движения электронов. В настоящее время углеродные проводящие агенты можно разделить на пять типов: проводящий графит, проводящий углеродный черный, нарезанные углеродные волокна, углеродные нанотрубки и графен. Смесь проводящего добавки с углеродным черным и углеродными нанотрубками является наиболее идеальной формой использования. Согласно данным GGII, в 2021 году проводящий углеродный черный составляет до 60% проводящих агентов для силовых батарей в моей стране, углеродные нанотрубки - 27%, графен и проводящий графит - соответственно 8% и 4%.
Согласно расчетам GGII, добавочное количество традиционных углеродных проводящих агентов, таких как проводящий углеродный черный, составляет около 3% от веса катодного материала, в то время как добавочное количество новых проводящих агентов, таких как углеродные нанотрубки и графен, сокращается до 0,8%-1,5%. Роль проводящего агента в электроде заключается в обеспечении канала для перемещения электронов. При соответствующем содержании проводящего агента можно получить более высокую емкость разряда и лучшую цикличность. Если содержание слишком низкое, будет мало проводящих каналов для электронов, что не способствует крупному току зарядки и разрядки; если слишком высокое, то относительное содержание активных материалов уменьшается и емкость батареи снижается. По мере увеличения скорости зарядки требуется использование материалов проводящего углеродного черного цвета с более высокой проводимостью. Для удовлетворения требований быстрой зарядки пропорция добавления проводящего агента к положительным и отрицательным электродам будет дополнительно увеличена. При 4C спрос на 1 ГВтч проводящего углеродного черного увеличится примерно на 35% по сравнению с 2C. Нанесение углеродного покрытия на токопроводящие коллекторы также увеличит спрос на проводящий углеродный черный.
Большинство существующих силовых устройств основаны на кремниевых полупроводниковых материалах. Из-за ограничений физических свойств кремниевых материалов энергоэффективность и производительность устройств постепенно приближаются к своим пределам, что затрудняет удовлетворение быстро растущих и меняющихся новых требований к электрическим энергетическим приложениям. Благодаря своим отличным свойствам высокой стойкости к высокому напряжению, высокой температуре, низким потерям и другим свойствам, силовые устройства на основе карбида кремния могут эффективно удовлетворить требования к высокой эффективности, миниатюризации и легкости систем силовой электроники. По сравнению с кремниевыми MOSFET-транзисторами тех же характеристик, MOSFET-транзисторы на основе карбида кремния могут быть значительно уменьшены в размерах до 1/10 от исходного и сопротивление включения может быть уменьшено как минимум до 1/100 от исходного. Общие энергетические потери MOSFET-транзисторов на основе карбида кремния с теми же характеристиками могут быть значительно снижены на 70% по сравнению с IGBT-транзисторами на основе кремния. Высокая эффективность и маленький размер SiC точно решают потребности в дальности хода электромобилей, быстрой зарядке и легкости.
Стоимость силовых полупроводников в традиционных топливных автомобилях составляет 88 долларов США на автомобиль, в то время как стоимость силовых полупроводников в чистых электромобилях достигает 350 долларов на автомобиль, или даже выше. Последующее углубление электрического интеллекта ожидается стимулировать дальнейший рост содержания полупроводников; с экономической точки зрения, с массовым применением SiC, цена устройств на основе SiC ожидается примерно в 2 раза выше, чем у IGBT. Если предположить, что 70% силовых полупроводников полностью заменены на SiC, стоимость автомобиля увеличится с 2450 юаней до примерно 4000 юаней. С другой стороны, SiC на уровне автомобиля повышает КПД NEDC на 3%. Для модели с емкостью 100 кВтч, конфигурируемая мощность эквивалентно снижается на 2-3 кВтч, что позволяет сэкономить около 2000 юаней на частичных затраты на хеджирование. В будущем разбавление будет закреплено с расширением производственных мощностей. Снижение затрат и технологический прогресс улучшают выход, и затраты будут продолжать быстро снижаться, стимулируя точку перегиба стоимости SiC для автомобилей, ускоряя расширение моделей с высоким напряжением SiC на экономичные модели и увеличивая уровень проникновения 800V.
