Поговорим о системе электропитания и силовом приводе транспортных средств на новой энергии.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Dashengtang Electronics». Эта статья отражает только личные взгляды автора и не отражает точку зрения Сакевея и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Электрификация и электрификация автомобильной энергосистемы — единственный способ добиться углеродной нейтральности в сфере транспорта. Будучи первой в мире компанией, производящей автомобильные полупроводниковые технологии, Infineon твердо верит в то, что «нулевой уровень выбросов будет достигнут», и стремится способствовать скорейшей реализации этой цели.

Здесь под «электрификацией» понимается гибридная энергосистема, в которой различные режимы традиционных двигателей внутреннего сгорания сосуществуют с электродвигателями, а под «электрификацией» понимается система электропривода, полностью избавляющаяся от традиционных двигателей внутреннего сгорания.В процессе «электрификации» и «электрификации» автомобилей пути, выбранные различными странами и регионами, а также различными автопроизводителями, схожи, но все дороги ведут к одной и той же цели. Сюда входят как микрогибридные системы, такие как 48 В, так и полностью гибридные и подключаемые гибридные системы. Сюда входят как чистые электромобили, использующие литий-ионные батареи в качестве энергоносителей, так и автомобили на топливных элементах, использующие водород в качестве источников энергии.

Как мы все знаем, систему можно разделить на пять частей: восприятие, расчет, исполнение, связь и энергоснабжение.В этой статье будут изложены некоторые личные взгляды и мысли по двум темам: электропитанию и исполнению в этих пяти частях..

一 、Дорожка напряжения питания в системе электропитания автомобиля

В настоящее время в легковых автомобилях мы видим системы электропитания 12В, 48В и высокого напряжения (400В/800В).В традиционных легковых автомобилях с двигателями внутреннего сгорания постоянно используется источник питания 12 В, и соответствующая полупроводниковая продукция также занимает большую часть рынка. По прогнозной информации некоторых международных авторитетных организаций, автомобили с двигателями внутреннего сгорания уйдут с рынка примерно к 2030 году. Однако, учитывая масштабное преимущество развитой цепочки поставок деталей системы 12 В и относительно низкую стоимость полупроводниковых продуктов, подходящих для применения этой системы, шина питания 12 В должна существовать в течение длительного времени. В то время DC-DC полностью заменит традиционный генератор переменного тока 12 В и станет источником питания для зарядки аккумулятора и источником питания нагрузки в системе 12 В, что приведет к некоторым изменениям в характеристиках системы электропитания 12 В, например, к сбросу нагрузки.
Как соответствующий стандарт источника питания, он может быть соответствующим образом скорректирован.48 В, как класс безопасного напряжения, имеет определенное экономически эффективное преимущество в гибридной энергосистеме из-за более низких требований к классу изоляции и других факторов. С улучшением цепочки поставок в системе 48 В стоимость крупномасштабного производства снижается. В то же время стандартизация некоторых деталей в различных высоковольтных транспортных средствах помогает поставщикам и производителям транспортных средств снизить затраты на управление запчастями. Таким образом, шина электропитания 48 В может быть введена не только в автомобили с микрогибридной системой, но и в автомобили на новых источниках энергии с высоковольтной системой, чтобы некоторые нагрузки средней мощности (например, от 1 до 10 кВт) может работать в системе электропитания 48 В, что придает яркий вид применению преобразователя постоянного тока в постоянный, который преобразует высокое напряжение (400 В/800 В) в 48 В.

Поскольку в одном транспортном средстве сосуществуют три шины (ВН, 48 В, 12 В), с учетом архитектуры, функциональной безопасности и стоимости всего транспортного средства вопрос о том, будет ли в топологии сети электропитания использоваться централизованное или распределенное преобразование напряжения, будет зависеть от конструкции транспортного средства. Весь автомобильный завод, а также уровень мощности и уровень функциональной безопасности DC-DC также будут иметь разные требования.

   

II.О «казне»

Как уже говорилось выше, сосуществование трех шин напряжения питания приводит к различным требованиям к исполнительным механизмам под разные шины напряжения, то есть к разным требованиям к полупроводниковым силовым устройствам. Различные шины напряжения требуют разных уровней выдерживаемого напряжения для полупроводниковых силовых устройств. Различные приложения требуют разных токов возбуждения и разных частот переключения силовых устройств.

Канал напряжения 48 В концентрирует применение уровней мощности от 1 до 10 кВт. Среди них большинство составляют DC-DC и инверторы двигателя. Учитывая выдерживаемое напряжение и уровень мощности, это основное поле битвы кремниевых МОП-транзисторов и GaN. Однако в настоящее время потребуется некоторое время для применения GaN в автомобильной электронике.

На следующем рисунке для справки показаны некоторые соответствующие области применения силовых устройств из кремния, карбида кремния и нитрида галлия.

Что касается силовых устройств, используемых в высоковольтных шинах, то самой горячей темой в настоящее время является карбид кремния (SiC). Силовые устройства из карбида кремния обладают такими преимуществами, как низкие коммутационные потери, высокое выдерживаемое напряжение, высокая рабочая температура и высокая теплоотдача, благодаря чему система может работать при более высоком напряжении и более высокой частоте, тем самым уменьшая объем пассивных компонентов, уменьшая потери мощности. системы и улучшение удельной мощности системы. Однако, с другой стороны, современные устройства из карбида кремния имеют некоторые недостатки по сравнению с устройствами из кремния. Основываясь на всеобъемлющих результатах, мы полагаем, что силовые устройства из кремния и карбида кремния будут сосуществовать в будущем в течение достаточно долгого времени, полностью раскрывая свои сильные стороны в своих областях.

Согласно данным анализа и испытаний Infineon, система питания, использующая устройства из карбида кремния, может снизить потери мощности примерно на 7.6% по сравнению с системой питания, использующей кремниевые устройства на том же уровне мощности, включая снижение потерь мощности во время вождения двигателя и снижение потерь мощности при рекуперации энергии двигателя.

На следующем рисунке представлено сравнение набора экспериментальных данных разницы в энергопотреблении силовых устройств, когда в двигателе используются кремниевые IGBT и карбидокремниевые MOSFET при различных скоростях вращения и крутящих моментах. Видно, что при скорости двигателя 2667 об/мин и выходном крутящем моменте 553.3 Нм энергопотребление кремниевого IGBT примерно на 13% меньше, чем у МОП-транзистора на основе карбида кремния.

Исходя из этого, мы можем приблизительно определить сценарии применения кремниевых IGBT и карбид-кремниевых MSOFET в приводных инверторах, как показано на следующем рисунке:

Принятие «гибридной» схемы, общей для IBGT на основе кремния и MOSFET на основе карбида кремния, может в полной мере раскрыть их соответствующие преимущества и перенять сильные стороны друг друга. Двигатель, работающий на основе кремниевого IGBT, может в полной мере использовать преимущество меньших потерь мощности, чем MOSFET при высоком токе, в основном обеспечивая высокий выходной крутящий момент, отражающий характеристики ускорения всего транспортного средства; Однако двигатель, управляемый полевым МОП-транзистором из карбида кремния, больше работает в крейсерском режиме, что повышает эффективность использования энергии. Чтобы достичь обеих целей и иметь и рыбью, и медвежью лапу.

Это может позволить транспортному средству сохранять тот же запас хода при уменьшении емкости аккумулятора, тем самым снижая стоимость аккумулятора, а также компенсировать некоторую компенсацию увеличения стоимости, вызванного внедрением силовых устройств из карбида кремния. В то же время уменьшение емкости аккумулятора и увеличение удельной мощности инвертора также могут снизить вес автомобиля и повысить эффективность использования энергии всего автомобиля.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Infineon Automotive Electronics Ecphere». Эта статья отражает только личную точку зрения автора и не отражает точку зрения Sacco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Тел. компании: +86-0755-83044319
Факс/факс:+86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли
QQ: 332496225 Менеджер Цю
Адрес: комната 809, блок C, здание Zhantao Technology Building, проспект Минчжи № 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.