신에너지 자동차의 전원 공급 시스템과 동력 구동기에 대해 이야기해 보세요.

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자동차 전력 시스템의 전동화, 전동화는 교통 분야에서 탄소 중립을 달성할 수 있는 유일한 방법입니다. 세계 최초의 자동차용 반도체 기술 기업인 인피니언은 "배출 제로가 달성될 것"이라는 견해를 굳게 믿으며 이 목표의 조기 실현을 촉진하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

여기서 전동화(Electrification)는 기존 내연기관의 다양한 모드와 전기모터가 공존하는 하이브리드 동력 시스템을 의미하고, 전동화(Electrification)는 기존 내연기관을 완전히 배제한 전기 구동 동력 시스템을 의미한다.자동차의 '전동화'와 '전동화' 과정에서 다양한 국가와 지역, 다양한 자동차 제조사가 선택한 길은 비슷하지만 모든 길은 같은 목표로 이어진다. 여기에는 48V와 같은 마이크로 하이브리드 시스템과 풀 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 시스템이 모두 포함됩니다. 여기에는 리튬이온 배터리를 에너지 운반체로 사용하는 순수 전기 자동차와 수소를 에너지원으로 사용하는 연료 전지 자동차가 모두 포함됩니다.

우리 모두 알고 있듯이 시스템은 인식, 계산, 실행, 통신 및 전원 공급이라는 다섯 가지 부분으로 추상화될 수 있습니다.본 논문에서는 이 다섯 부분에서 전원 공급과 실행이라는 두 가지 주제에 대한 개인적인 견해와 생각을 제시할 것입니다..

一 、차량 전원 공급 시스템의 전원 전압 트랙

현재 승용차에서 볼 수 있는 것은 12V, 48V 및 고전압(400V/800V)의 전원 공급 시스템이다.기존 내연기관 승용차에서는 12V 전원이 항상 사용되어 왔으며, 이에 상응하는 반도체 제품도 시장의 큰 부분을 점유하고 있다. 일부 국제 권위 기관의 예측 정보에 따르면 내연기관만으로 구동되는 자동차는 2030년경 시장에서 철수할 것으로 예상됩니다. 그러나 12V 시스템의 성숙한 부품 공급망의 규모 이점과 이 시스템의 애플리케이션에 적합한 반도체 제품의 상대적으로 저렴한 이점을 고려하면 12V 전원 공급 장치 레일이 오랫동안 존재해야 합니다. 이때 DC-DC는 기존 12V 교류 발전기를 완전히 대체하고 12V 시스템의 배터리 충전 및 부하 전원 공급 장치가 되어 부하 차단과 같은 12V 전원 공급 시스템의 특성에 일부 변화를 가져올 것입니다.
해당 전원 공급 장치 표준에 따라 적절하게 조정될 수 있습니다.안전한 전압 등급인 48V는 낮은 절연 등급 요구 사항 및 기타 요인으로 인해 하이브리드 전력 시스템에서 비용 효율적인 이점을 제공합니다. 48V 시스템의 공급망 개선으로 대규모 생산 비용이 절감됩니다. 동시에 다양한 고전압 차량의 일부 부품을 표준화하면 공급업체와 차량 제조업체가 부품 관리 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이러한 방식으로 48V 전원 공급 레일은 마이크로 하이브리드 시스템 차량뿐만 아니라 고전압 시스템을 갖춘 신에너지 차량에도 도입될 수 있으므로 일부 중전력 부하(예: 1kW ~ 10kW) 48V 전원 공급 시스템에서 작동할 수 있으므로 고전압(400V/800V)을 48V로 변환하는 DC-DC 컨버터의 적용이 밝은 모습을 보이고 있습니다.

동일한 차량에 48개의 레일(HV, 12V, XNUMXV)이 공존하므로 전체 차량의 아키텍처, 기능 안전 및 비용을 고려할 때 전원 공급 장치 네트워크 토폴로지가 중앙 집중식 전압 변환을 사용하는지 분산 전압 변환을 사용하는지 여부는 차량의 설계에 따라 달라집니다. 전체 차량 공장과 DC-DC의 전력 수준 및 기능 안전 수준도 요구 사항이 다릅니다.

   

둘째,"실행"에 대해

위에서 언급한 바와 같이, 세 가지 전원 전압 레일이 공존하면 서로 다른 전압 레일 아래의 액추에이터에 대한 요구 사항이 달라집니다. 즉, 반도체 전력 장치에 대한 요구 사항이 달라집니다. 전압 레일이 다르면 반도체 전력 장치에 대해 서로 다른 내전압 레벨이 필요합니다. 애플리케이션에 따라 전력 장치에 대해 서로 다른 구동 전류와 서로 다른 스위칭 주파수가 필요합니다.

48V 전압 트랙은 1kW에서 10kW까지의 전력 레벨 적용에 집중합니다. 그중 DC-DC와 모터 인버터가 대부분을 차지합니다. 내전압과 전력 레벨을 고려하면 이는 실리콘 기반 MOSFET과 GaN의 주요 경쟁 분야입니다. 그러나 현재로서는 GaN이 자동차 전자제품에 적용되기까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다.

다음 그림은 참고용으로 실리콘, 실리콘 카바이드 및 갈륨 질화물 전력 장치의 해당 응용 분야를 보여줍니다.

초고압 레일에 사용되는 전력소자 중 현재 가장 뜨거운 화두는 탄화규소(SiC)다. 실리콘 카바이드 전력 장치는 낮은 스위칭 손실, 높은 내전압, 높은 작동 온도 및 높은 방열 용량의 장점을 가지므로 시스템이 더 높은 전압 및 더 높은 주파수에서 작동할 수 있으므로 수동 부품의 부피가 줄어들고 전력 손실이 줄어듭니다. 시스템의 전력 밀도를 향상시킵니다. 그러나, 반면, 현재 실리콘 카바이드로 만들어진 장치는 실리콘으로 만들어진 장치에 비해 몇 가지 단점이 있습니다. 종합적인 결과를 바탕으로 우리는 실리콘과 실리콘 카바이드 전력 장치가 향후 상당 기간 동안 공존하여 각 분야에서 각자의 강점을 최대한 발휘할 것이라고 믿습니다.

인피니언의 분석 및 테스트 정보에 따르면, 실리콘 카바이드 소자를 사용한 전력 시스템은 동일한 전력 수준에서 실리콘 소자를 사용한 전력 시스템에 비해 모터 구동 시 전력 손실 감소, 모터 에너지 회수 중 전력 손실 감소.

다음 그림은 모터가 실리콘 기반 IGBT와 실리콘 카바이드 MOSFET을 사용하여 서로 다른 회전 속도와 토크에서 전력 소자의 전력 소비 차이에 대한 실험 데이터 세트를 비교한 것입니다. 모터 속도가 2667rpm이고 출력 토크가 553.3Nm일 때 실리콘 기반 IGBT의 전력 소모는 실리콘 카바이드 MOSFET보다 약 13% 적은 것을 알 수 있습니다.

이를 통해 다음 그림과 같이 실리콘 기반 IGBT와 실리콘 카바이드 MSOFET의 인버터 구동 응용 시나리오를 대략적으로 얻을 수 있습니다.

실리콘 기반 IBGT와 실리콘 카바이드 MOSFET이 공유하는 "하이브리드" 방식을 채택하면 각각의 장점을 최대한 활용하고 서로의 강점을 배울 수 있습니다. 실리콘 기반 IGBT로 구동되는 모터는 고전류에서 MOSFET보다 전력 손실이 낮은 장점을 최대한 활용하여 주로 높은 토크 출력을 제공하고 전체 차량의 가속 성능을 반영합니다. 그러나 실리콘 카바이드 MOSFET으로 구동되는 모터는 순항 상태에서 더 많이 작동하여 에너지 활용 효율이 향상됩니다. 두 가지 목적을 달성하기 위해 물고기와 곰의 발을 모두 갖습니다.

이를 통해 배터리 용량을 줄이면서도 차량의 항속거리를 동일하게 유지할 수 있어 배터리 비용을 절감할 수 있고, 탄화규소 전력소자 도입으로 인한 비용 증가를 어느 정도 보상할 수 있다. 동시에 배터리 용량을 줄이고 인버터 전력 밀도를 높이면 차량 무게가 줄어들고 차량 전체의 에너지 활용 효율이 향상됩니다.

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