Bicara tentang sistem catu daya dan penggerak listrik kendaraan energi baru

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Dashengtang Electronics". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sakewei dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Elektrifikasi dan elektrifikasi sistem tenaga mobil merupakan satu-satunya cara untuk mencapai netralitas karbon di bidang transportasi. Sebagai perusahaan teknologi semikonduktor mobil pertama di dunia, Infineon sangat meyakini pandangan bahwa "emisi nol akan tercapai" dan berkomitmen untuk mendorong realisasi awal tujuan ini.

Di sini, "elektrifikasi" mengacu pada sistem tenaga hibrida di mana berbagai mode mesin pembakaran internal tradisional hidup berdampingan dengan motor listrik, sedangkan "elektrifikasi" mengacu pada sistem tenaga penggerak listrik yang sepenuhnya menghilangkan mesin pembakaran internal tradisional.Dalam proses “elektrifikasi” dan “elektrifikasi” mobil, jalur yang dipilih oleh berbagai negara dan wilayah, serta berbagai produsen mobil, adalah serupa, tetapi semua jalan mengarah pada tujuan yang sama. Ini mencakup sistem mikro-hibrida seperti 48V dan sistem hibrida penuh dan hibrida plug-in. Ini mencakup kendaraan listrik murni yang menggunakan baterai lithium-ion sebagai pembawa energi dan kendaraan sel bahan bakar yang menggunakan hidrogen sebagai sumber energi.

Seperti kita ketahui bersama, suatu sistem dapat diabstraksi menjadi lima bagian: persepsi, perhitungan, pelaksanaan, komunikasi, dan catu daya.Tulisan ini akan mengemukakan beberapa pandangan dan pemikiran pribadi mengenai dua topik penyediaan dan pelaksanaan tenaga listrik pada lima bagian tersebut..

一 、Jalur tegangan catu daya dalam sistem catu daya kendaraan

Saat ini yang bisa kita lihat pada mobil penumpang adalah sistem catu daya 12V, 48V dan tegangan tinggi (400V/800V).Pada mobil penumpang bermesin pembakaran internal tradisional, catu daya 12V telah digunakan sepanjang waktu, dan produk semikonduktor terkait juga menempati sebagian besar pasar. Menurut perkiraan informasi dari beberapa organisasi otoritas internasional, mobil yang hanya digerakkan oleh mesin pembakaran internal akan ditarik dari pasar sekitar tahun 2030. Namun, mengingat keunggulan skala rantai pasokan suku cadang sistem 12V yang matang dan keunggulan biaya yang relatif rendah dari produk semikonduktor yang cocok untuk penerapan sistem ini, rel catu daya 12V harus ada untuk waktu yang lama. Pada saat itu, DC-DC akan sepenuhnya menggantikan alternator 12V tradisional dan menjadi catu daya untuk pengisian baterai dan catu daya beban dalam sistem 12V, yang akan membawa beberapa perubahan pada karakteristik sistem catu daya 12V, seperti pelepasan beban.
Sebagai standar catu daya yang sesuai, ini dapat disesuaikan.48V, sebagai kelas tegangan aman, memiliki keunggulan hemat biaya tertentu dalam sistem tenaga hibrida karena persyaratan tingkat insulasi yang lebih rendah dan faktor lainnya. Dengan peningkatan rantai pasokan dalam sistem 48V, biaya produksi skala besar berkurang. Pada saat yang sama, standarisasi beberapa suku cadang pada kendaraan bertegangan tinggi yang berbeda membantu pemasok dan produsen kendaraan mengurangi biaya pengelolaan suku cadang. Dengan cara ini, rel catu daya 48V dapat diperkenalkan tidak hanya pada kendaraan dengan sistem mikro-hibrida, tetapi juga pada kendaraan energi baru dengan sistem tegangan tinggi, sehingga beberapa beban berdaya sedang (misalnya, antara 1kW dan 10kW) dapat berjalan pada sistem catu daya 48V, sehingga menghadirkan tampilan cemerlang dari penerapan konverter DC-DC yang mengubah tegangan tinggi (400V/800V) menjadi 48V.

Karena tiga rel (HV, 48V, 12V) hidup berdampingan dalam kendaraan yang sama, dengan mempertimbangkan arsitektur, keamanan fungsional, dan biaya keseluruhan kendaraan, apakah topologi jaringan catu daya menggunakan konversi tegangan terpusat atau konversi tegangan terdistribusi akan bergantung pada desain kendaraan seluruh pabrik kendaraan, dan tingkat daya serta tingkat keamanan fungsional DC-DC juga akan memiliki persyaratan yang berbeda.

   

Kedua,Tentang "eksekusi"

Seperti disebutkan di atas, koeksistensi tiga rel tegangan catu daya menyebabkan persyaratan berbeda untuk aktuator di bawah rel tegangan berbeda, yaitu persyaratan berbeda untuk perangkat daya semikonduktor. Rel tegangan yang berbeda memerlukan tingkat tegangan ketahanan yang berbeda untuk perangkat daya semikonduktor. Aplikasi yang berbeda memerlukan arus penggerak yang berbeda dan frekuensi peralihan yang berbeda untuk perangkat daya.

Jalur tegangan 48V memusatkan penerapan tingkat daya dari 1kW hingga 10kW. Diantaranya, DC-DC dan motor inverter adalah mayoritas. Mengingat ketahanan tegangan dan tingkat daya, ini adalah medan perang utama MOSFET dan GaN berbasis silikon. Namun saat ini GaN perlu waktu untuk diterapkan pada elektronik otomotif.

Gambar berikut menunjukkan beberapa bidang aplikasi terkait perangkat daya silikon, silikon karbida, dan galium nitrida untuk referensi.

Sedangkan untuk perangkat listrik yang digunakan pada rel tegangan tinggi, topik terhangat saat ini adalah silikon karbida (SiC). Perangkat daya silikon karbida memiliki keunggulan kehilangan peralihan yang rendah, tegangan tahan yang tinggi, suhu kerja yang tinggi dan kapasitas pembuangan panas yang tinggi, sehingga sistem dapat bekerja pada tegangan yang lebih tinggi dan frekuensi yang lebih tinggi, sehingga mengurangi volume komponen pasif, mengurangi kehilangan daya. sistem dan meningkatkan kepadatan daya sistem. Namun di sisi lain, perangkat berbahan silikon karbida saat ini memiliki beberapa kelemahan dibandingkan dengan perangkat berbahan silikon. Berdasarkan hasil komprehensif, kami percaya bahwa perangkat listrik silikon dan silikon karbida akan hidup berdampingan di masa depan selama beberapa waktu, memberikan kekuatan penuh di bidangnya masing-masing.

Berdasarkan informasi analisis dan pengujian Infineon, sistem tenaga yang menggunakan perangkat silikon karbida dapat mengurangi kehilangan daya sekitar 7.6% dibandingkan dengan sistem tenaga yang menggunakan perangkat silikon pada tingkat daya yang sama, termasuk pengurangan kehilangan daya selama pengoperasian motor dan pengurangan kehilangan daya selama pemulihan energi motor.

Gambar berikut merupakan perbandingan sekumpulan data eksperimen perbedaan konsumsi daya perangkat daya saat motor menggunakan IGBT berbasis silikon dan MOSFET silikon karbida pada kecepatan putaran dan torsi yang berbeda. Dapat dilihat bahwa ketika kecepatan motor 2667rpm dan torsi keluaran 553.3Nm, konsumsi daya IGBT berbasis silikon sekitar 13% lebih rendah daripada MOSFET silikon karbida.

Dari sini, kita dapat memperoleh gambaran kasar skenario penerapan IGBT berbasis silikon dan MSOFET silikon karbida dalam menggerakkan inverter, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Mengadopsi skema "Hybrid" yang dimiliki oleh IBGT berbasis silikon dan MOSFET silikon karbida dapat memanfaatkan keunggulan masing-masing dan belajar dari keunggulan masing-masing. Motor yang digerakkan oleh IGBT berbasis silikon dapat memanfaatkan sepenuhnya keuntungan dari kehilangan daya yang lebih rendah daripada MOSFET di bawah arus tinggi, terutama menyediakan keluaran torsi tinggi, yang mencerminkan kinerja akselerasi seluruh kendaraan; Namun, motor yang digerakkan oleh MOSFET silikon karbida bekerja lebih banyak dalam kondisi jelajah, sehingga meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi. Untuk mencapai kedua tujuan, dan memiliki kaki ikan dan beruang.

Hal ini dapat membuat kendaraan mempertahankan jangkauan jelajah yang sama sekaligus mengurangi kapasitas baterai, sehingga mengurangi biaya baterai, dan memberikan kompensasi atas kenaikan biaya yang disebabkan oleh diperkenalkannya perangkat tenaga silikon karbida. Pada saat yang sama, pengurangan kapasitas baterai dan peningkatan kepadatan daya inverter juga dapat mengurangi bobot kendaraan dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi seluruh kendaraan.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Telp Perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li
QQ: 332496225 Manajer Qiu
Alamat: Kamar 809, Blok C, Gedung Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Distrik Baru Longhua, Shenzhen