דברו על מערכת אספקת החשמל ונהג הכוח של רכבי אנרגיה חדשים

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "Dashengtang Electronics". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sakewei והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. נא לציין את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפיסה המחודשת. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

חשמול וחשמול של מערכת החשמל לרכב היא הדרך היחידה להשיג ניטרליות פחמן בתחום התחבורה. כחברת טכנולוגיית מוליכים למחצה לרכב הראשונה בעולם, Infineon מאמינה בתוקף בדעה ש"אפס פליטה תושג" והיא מחויבת לקדם את המימוש המוקדם של יעד זה.

כאן, "חשמול" מתייחס למערכת הכוח ההיברידית שבה מתקיימים יחד עם מנועים חשמליים אופנים שונים של מנועי בעירה פנימית מסורתית, בעוד ש"חשמל" מתייחס למערכת הכוח ההנעה החשמלית המסתרת לחלוטין את מנועי הבעירה הפנימית המסורתיים.בתהליך של "חשמול" ו"חשמל" של מכוניות, הנתיבים שנבחרו על ידי מדינות ואזורים שונים, כמו גם יצרני רכב שונים, דומים, אך כל הדרכים מובילות לאותה מטרה. זה כולל גם מערכות מיקרו-היברידיות כמו 48V וגם מערכות היברידיות מלאות ופלא-אין. הוא כולל גם רכבים חשמליים טהורים המשתמשים בסוללות ליתיום-יון כמנשאי אנרגיה וגם רכבי תאי דלק המשתמשים במימן כמקורות אנרגיה.

כפי שכולנו יודעים, ניתן להפשט מערכת לחמישה חלקים: תפיסה, חישוב, ביצוע, תקשורת ואספקת חשמל.מאמר זה יציג כמה דעות ומחשבות אישיות על שני הנושאים של אספקת חשמל וביצוע בחמשת החלקים הללו..

一 、מסלול מתח אספקת החשמל במערכת אספקת החשמל לרכב

נכון להיום, מה שאנו יכולים לראות במכוניות נוסעים הן מערכות אספקת החשמל של 12V, 48V ומתח גבוה (400V/800V).במכוניות נוסעים מסורתיות עם מנועי בעירה פנימית נעשה שימוש כל הזמן באספקת חשמל של 12V, וגם מוצרי המוליכים למחצה המתאימים תופסים חלק גדול מהשוק. על פי מידע התחזית של כמה ארגונים סמכותיים בינלאומיים, מכוניות המונעות אך ורק על ידי מנועי בעירה פנימית ייסוגו מהשוק בסביבות 2030. עם זאת, בהתחשב ביתרון בקנה מידה של שרשרת אספקת החלקים הבוגרים של מערכת 12V ויתרון העלות הנמוך יחסית של מוצרי מוליכים למחצה המתאימים ליישום של מערכת זו, מסילת אספקת החשמל של 12V אמורה להתקיים לאורך זמן. באותו זמן, DC-DC יחליף לחלוטין את האלטרנטור המסורתי של 12V ויהפוך לספק הכוח לטעינת הסוללה והספק הכוח במערכת 12V, מה שיביא לשינויים מסוימים במאפיינים של מערכת אספקת חשמל 12V, כגון הפחתת עומס.
כתקן אספקת החשמל המתאים, הוא עשוי להיות מותאם בהתאם.ל-48V, כדרגת מתח בטוחה, יש יתרון חסכוני מסוים במערכת החשמל ההיברידית בגלל דרישות דרגת הבידוד הנמוכות שלה וגורמים אחרים. עם שיפור שרשרת האספקה במערכת 48V, העלות של ייצור בקנה מידה גדול מופחתת. במקביל, הסטנדרטיזציה של חלקים מסוימים ברכבי מתח גבוה שונים מסייעת לספקים ויצרני רכב להוזיל את העלות של ניהול חלקים. בדרך זו, מסילת אספקת החשמל של 48V עשויה להיות מוצגת לא רק בכלי רכב עם מערכת מיקרו היברידית, אלא גם ברכבי אנרגיה חדשים עם מערכת מתח גבוה, כך שעומסים מסוימים בהספק בינוני (לדוגמה, בין 1kW ל-10kW) יכול לפעול במערכת אספקת החשמל של 48V, ובכך להביא את המראה הבהיר של היישום של ממיר DC-DC הממיר מתח גבוה (400V/800V) ל-48V.

מכיוון ששלוש מסילות (HV, 48V, 12V) מתקיימות במקביל באותו רכב, בהתחשב בארכיטקטורה, הבטיחות התפקודית והעלות של הרכב כולו, האם טופולוגיית רשת אספקת החשמל משתמשת בהמרה מרכזית של מתח או המרת מתח מבוזרת תהיה תלויה בתכנון של מפעל הרכב כולו, ורמת ההספק ורמת הבטיחות התפקודית של DC-DC יהיו גם דרישות שונות.

   

שנית,לגבי "ביצוע"

כפי שהוזכר לעיל, דו-קיום של שלוש מסילות של מתח אספקת חשמל מוביל לדרישות שונות עבור מפעילים מתחת למסילות מתח שונות, כלומר, דרישות שונות עבור התקני כוח מוליכים למחצה. מסילות מתח שונות דורשות רמות מתח עמידה שונות עבור התקני כוח מוליכים למחצה. יישומים שונים דורשים זרמי נהיגה שונים ותדרי מיתוג שונים עבור התקני חשמל.

מסלול המתח 48V מרכז את היישום של רמות הספק מ-1kW עד 10kW. ביניהם, DC-DC וממיר מנועים הם הרוב. בהתחשב במתח העמידה וברמת ההספק, זהו שדה הקרב העיקרי של MOSFET ו-GaN מבוססי סיליקון. עם זאת, נכון לעכשיו, ייקח זמן עד ש-GaN ייושם באלקטרוניקה לרכב.

האיור הבא מציג כמה שדות יישום תואמים של התקני כוח סיליקון, סיליקון קרביד וגליום ניטריד לעיון.

באשר למכשירי החשמל המשמשים במסילות במתח גבוה, הנושא החם ביותר כיום הוא סיליקון קרביד (SiC). להתקני כוח סיליקון קרביד יש את היתרונות של אובדן מיתוג נמוך, מתח עמידה גבוה, טמפרטורת עבודה גבוהה ויכולת פיזור חום גבוהה, כך שהמערכת יכולה לעבוד במתח גבוה יותר ובתדירות גבוהה יותר, ובכך להפחית את נפח הרכיבים הפסיביים, להפחית את אובדן הכוח. של המערכת ושיפור צפיפות ההספק של המערכת. עם זאת, מצד שני, למכשירים הנוכחיים העשויים מסיליקון קרביד יש כמה חסרונות בהשוואה לאלה העשויים מסיליקון. בהתבסס על התוצאות המקיפות, אנו מאמינים שמכשירי כוח סיליקון וסיליקון קרביד יתקיימו במקביל בעתיד לא מעט זמן, ויעניקו משחק מלא לנקודות החוזק שלהם בתחומם.

על פי נתוני הניתוח והבדיקה של Infineon, מערכת החשמל המשתמשת בהתקני סיליקון קרביד יכולה להפחית את אובדן הכוח בכ-7.6% בהשוואה למערכת החשמל המשתמשת בהתקני סיליקון באותה רמת הספק, לרבות הפחתת אובדן ההספק במהלך נהיגת המנוע ו- הפחתת אובדן הספק במהלך שחזור אנרגיית המנוע.

האיור הבא הוא השוואה של סט נתונים ניסיוניים של הבדל צריכת החשמל של התקן חשמל כאשר המנוע משתמש ב-IGBT מבוסס סיליקון וב-MOSFET סיליקון קרביד במהירויות סיבוב ומומנטים שונים. ניתן לראות שכאשר מהירות המנוע היא 2667 סל"ד ומומנט המוצא הוא 553.3 ניוטון מטר, צריכת החשמל של IGBT מבוסס סיליקון נמוכה בכ-13% מזו של MOSFET מסיליקון קרביד.

מכאן, נוכל לקבל באופן כללי את תרחישי היישום של IGBT מבוסס סיליקון ו-MSOFET סיליקון קרביד בהנעת ממיר, כפי שמוצג באיור הבא:

אימוץ הסכימה "היברידית" המשותפת ל-IBGT מבוססי סיליקון ול-MOSFET מסיליקון קרביד יכולה למנף את מלוא היתרונות שלהם וללמוד מהנקודות החוזקות של כל אחד מהם. המנוע המונע על ידי IGBT מבוסס סיליקון יכול לנצל באופן מלא את היתרון של אובדן הספק נמוך יותר בהשוואה ל-MOSFET תחת זרם גבוה, ובעיקר לספק תפוקת מומנט גבוהה, המשקפת את ביצועי התאוצה של הרכב כולו; עם זאת, המנוע המונע על ידי סיליקון קרביד MOSFET עובד טוב יותר במצב שיוט, מה שמשפר את יעילות ניצול האנרגיה. כדי להשיג את שני המטרות, ולהיות גם דג וגם כפה של דוב.

זה יכול לגרום לרכב לשמור על אותו טווח שיוט תוך הפחתת קיבולת הסוללה, ובכך להוזיל את עלות הסוללה, ולבצע פיצוי מסוים על עליית העלות שנגרמה מהכנסת מכשירי כוח סיליקון קרביד. במקביל, הפחתת קיבולת הסוללה והעלאת צפיפות ההספק של הממיר יכולים גם להפחית את משקל הרכב ולשפר את יעילות ניצול האנרגיה של הרכב כולו.

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפסה מחדש. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

טל' חברה: +86-0755-83044319
פקס/פקס:+86-0755-83975897
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי
QQ: 332496225 מנהל Qiu
כתובת: חדר 809, בלוק C, בניין Zhantao Technology, מס' 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, שנזן