Parliamo del sistema di alimentazione e del driver di potenza dei veicoli a nuova energia

Dichiarazione di non responsabilità: questo articolo è riprodotto da "Dashengtang Electronics". Questo articolo rappresenta solo il punto di vista personale dell'autore e non rappresenta il punto di vista di Sakewei e dell'industria. È destinato esclusivamente alla ristampa e alla condivisione per sostenere la protezione dei diritti di proprietà intellettuale. Si prega di indicare la fonte originale e l'autore in caso di ristampa. In caso di violazione, contattaci per eliminarla.

L’elettrificazione e l’elettrificazione del sistema di alimentazione automobilistico sono l’unico modo per raggiungere la neutralità del carbonio nel campo dei trasporti. In qualità di prima azienda al mondo nel settore della tecnologia dei semiconduttori per automobili, Infineon crede fermamente nell'idea che "le emissioni zero saranno raggiunte" e si impegna a promuovere la rapida realizzazione di questo obiettivo.

Qui, "elettrificazione" si riferisce al sistema di alimentazione ibrido in cui varie modalità di motori a combustione interna tradizionali coesistono con motori elettrici, mentre "elettrificazione" si riferisce al sistema di alimentazione elettrica che elimina completamente i tradizionali motori a combustione interna.Nel processo di "elettrificazione" ed "elettrificazione" delle automobili, i percorsi scelti da vari paesi e regioni, così come da vari produttori di automobili, sono simili, ma tutte le strade portano allo stesso obiettivo. Ciò include sia i sistemi microibridi come quelli a 48 V che i sistemi completamente ibridi e ibridi plug-in. Comprende sia i veicoli elettrici puri che utilizzano batterie agli ioni di litio come vettore energetico, sia i veicoli a celle a combustibile che utilizzano l’idrogeno come fonte di energia.

Come tutti sappiamo, un sistema può essere astratto in cinque parti: percezione, calcolo, esecuzione, comunicazione e alimentazione.Questo articolo presenterà alcune opinioni e riflessioni personali sui due temi dell'alimentazione e dell'esecuzione in queste cinque parti..

一 、Traccia della tensione di alimentazione nel sistema di alimentazione del veicolo

Attualmente, ciò che possiamo vedere nelle autovetture sono i sistemi di alimentazione a 12V, 48V e ad alta tensione (400V/800V).Nelle tradizionali autovetture con motore a combustione interna, viene utilizzata sempre l'alimentazione a 12 V e anche i corrispondenti prodotti a semiconduttori occupano gran parte del mercato. Secondo le informazioni previsionali di alcuni autorevoli organismi internazionali, le automobili spinte esclusivamente da motori a combustione interna si ritireranno dal mercato intorno al 2030. Tuttavia, considerando il vantaggio di scala della catena di fornitura di componenti matura del sistema a 12 V e il vantaggio in termini di costo relativamente basso dei prodotti a semiconduttori adatti all'applicazione di questo sistema, il binario di alimentazione a 12 V dovrebbe esistere per molto tempo. A quel punto, DC-DC sostituirà completamente il tradizionale alternatore a 12 V e diventerà l'alimentatore per la ricarica della batteria e l'alimentazione del carico nel sistema a 12 V, il che comporterà alcuni cambiamenti nelle caratteristiche del sistema di alimentazione a 12 V, come la riduzione del carico.
Essendo lo standard di alimentazione corrispondente, può essere regolato di conseguenza.48 V, come classe di tensione sicura, presenta un certo vantaggio in termini di costi nel sistema di alimentazione ibrido a causa dei requisiti di grado di isolamento inferiori e di altri fattori. Con il miglioramento della catena di fornitura nel sistema a 48 V, il costo della produzione su larga scala viene ridotto. Allo stesso tempo, la standardizzazione di alcune parti in diversi veicoli ad alta tensione aiuta i fornitori e i produttori di veicoli a ridurre i costi di gestione delle parti. In questo modo, il binario di alimentazione a 48 V può essere introdotto non solo nei veicoli con sistema microibrido, ma anche nei veicoli a nuova energia con sistema ad alta tensione, in modo che alcuni carichi di media potenza (ad esempio tra 1kW e 10kW) può funzionare nel sistema di alimentazione a 48 V, conferendo così l'aspetto luminoso dell'applicazione del convertitore CC-CC che converte l'alta tensione (400 V/800 V) a 48 V.

Poiché tre binari (HV, 48 V, 12 V) coesistono nello stesso veicolo, considerando l'architettura, la sicurezza funzionale e il costo dell'intero veicolo, se la topologia della rete di alimentazione utilizza la conversione di tensione centralizzata o la conversione di tensione distribuita dipenderà dalla progettazione del l'intera fabbrica di veicoli e anche il livello di potenza e il livello di sicurezza funzionale di DC-DC avranno requisiti diversi.

   

二,A proposito di "esecuzione"

Come accennato in precedenza, la coesistenza di tre linee di tensione di alimentazione porta a requisiti diversi per gli attuatori sotto diverse linee di tensione, cioè a requisiti diversi per i dispositivi di potenza a semiconduttore. Diversi binari di tensione richiedono diversi livelli di tensione di resistenza per i dispositivi di potenza a semiconduttore. Applicazioni diverse richiedono correnti di pilotaggio diverse e frequenze di commutazione diverse per i dispositivi di potenza.

Il binario di tensione da 48 V concentra l'applicazione di livelli di potenza da 1kW a 10kW. Tra questi, la maggioranza sono i sistemi DC-DC e gli inverter per motori. Considerando la tensione di tenuta e il livello di potenza, questo è il principale campo di battaglia dei MOSFET al silicio e del GaN. Tuttavia, al momento, ci vorrà del tempo prima che il GaN venga applicato all’elettronica automobilistica.

La figura seguente mostra alcuni campi di applicazione corrispondenti dei dispositivi di potenza al silicio, al carburo di silicio e al nitruro di gallio come riferimento.

Per quanto riguarda i dispositivi di potenza utilizzati nelle linee ad alta tensione, l'argomento più caldo al momento è il carburo di silicio (SiC). I dispositivi di potenza in carburo di silicio presentano i vantaggi di una bassa perdita di commutazione, elevata tensione di resistenza, elevata temperatura di funzionamento ed elevata capacità di dissipazione del calore, in modo che il sistema possa funzionare a tensione e frequenza più elevate, riducendo così il volume dei componenti passivi, riducendo la perdita di potenza del sistema e migliorando la densità di potenza del sistema. D'altro canto gli attuali dispositivi realizzati in carburo di silicio presentano alcuni svantaggi rispetto a quelli realizzati in silicio. Sulla base dei risultati complessivi, riteniamo che i dispositivi di potenza al silicio e al carburo di silicio coesisteranno in futuro per un bel po' di tempo, sfruttando appieno i rispettivi punti di forza nei rispettivi campi.

Secondo le analisi e le informazioni sui test di Infineon, il sistema di alimentazione che utilizza dispositivi al carburo di silicio può ridurre la perdita di potenza di circa il 7.6% rispetto al sistema di alimentazione che utilizza dispositivi al silicio allo stesso livello di potenza, inclusa la riduzione della perdita di potenza durante l'azionamento del motore e la riduzione della perdita di potenza durante il recupero dell’energia del motore.

La figura seguente è un confronto di un insieme di dati sperimentali sulla differenza di consumo energetico del dispositivo di potenza quando il motore utilizza IGBT al silicio e MOSFET al carburo di silicio a diverse velocità di rotazione e coppie. Si può osservare che quando la velocità del motore è di 2667 giri/min e la coppia di uscita è di 553.3 Nm, il consumo energetico dell'IGBT al silicio è inferiore di circa il 13% rispetto a quello del MOSFET al carburo di silicio.

Da ciò possiamo ricavare approssimativamente gli scenari applicativi degli IGBT al silicio e degli MSOFET al carburo di silicio nel pilotaggio dell'inverter, come mostrato nella figura seguente:

L'adozione dello schema "ibrido" condiviso dai transistor IBGT a base di silicio e dai MOSFET al carburo di silicio consente di sfruttare appieno i rispettivi vantaggi e di imparare dai rispettivi punti di forza. Il motore azionato da IGBT al silicio può sfruttare appieno il vantaggio di una minore perdita di potenza rispetto al MOSFET in condizioni di corrente elevata, fornendo principalmente un'elevata coppia in uscita, che riflette le prestazioni di accelerazione dell'intero veicolo; Tuttavia, il motore azionato dal MOSFET al carburo di silicio funziona di più in condizioni di crociera, il che migliora l'efficienza di utilizzo dell'energia. In modo da raggiungere entrambi i fini e avere sia la zampa del pesce che quella dell'orso.

Ciò può far sì che il veicolo mantenga la stessa autonomia di crociera riducendo al contempo la capacità della batteria, riducendo così il costo della batteria, e compensando in qualche modo l'aumento dei costi causato dall'introduzione di dispositivi di alimentazione al carburo di silicio. Allo stesso tempo, la riduzione della capacità della batteria e l’aumento della densità di potenza dell’inverter possono anche ridurre il peso del veicolo e migliorare l’efficienza di utilizzo dell’energia dell’intero veicolo.

Dichiarazione di non responsabilità: questo articolo è riprodotto da "Infineon Automotive Electronics Ecosphere". Questo articolo rappresenta solo il punto di vista personale dell'autore e non rappresenta il punto di vista di Sacco Micro e dell'industria. È destinato esclusivamente alla ristampa e alla condivisione per sostenere la protezione dei diritti di proprietà intellettuale. Si prega di indicare la fonte originale e l'autore in caso di ristampa. In caso di violazione, contattaci per eliminarla.

Tel. azienda: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Responsabile Li
QQ: 332496225 Responsabile Qiu
Indirizzo: Sala 809, Blocco C, Zhantao Technology Building, No.1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen