ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "Dashengtang Electronics" บทความนี้นำเสนอเฉพาะมุมมองส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้เป็นตัวแทนมุมมองของ Sakewei และอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับการพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาต้นฉบับและผู้แต่งเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

การใช้พลังงานไฟฟ้าและการใช้พลังงานไฟฟ้าของระบบส่งกำลังของรถยนต์เป็นวิธีเดียวที่จะบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนในด้านการขนส่ง ในฐานะบริษัทเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์สำหรับรถยนต์รายแรกของโลก Infineon เชื่อมั่นในมุมมองที่ว่า "จะบรรลุการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์" และมุ่งมั่นที่จะส่งเสริมให้บรรลุเป้าหมายนี้ตั้งแต่เนิ่นๆ

ในที่นี้ "การใช้พลังงานไฟฟ้า" หมายถึงระบบพลังงานไฮบริดซึ่งมีโหมดต่างๆ ของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมอยู่ร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้า ในขณะที่ "การใช้พลังงานไฟฟ้า" หมายถึงระบบส่งกำลังขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่กำจัดเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมโดยสิ้นเชิงในกระบวนการของ "การใช้พลังงานไฟฟ้า" และ "การใช้พลังงานไฟฟ้า" ของรถยนต์ เส้นทางที่เลือกโดยประเทศและภูมิภาคต่างๆ รวมถึงผู้ผลิตรถยนต์หลายรายนั้นมีความคล้ายคลึงกัน แต่ถนนทุกสายมุ่งสู่เป้าหมายเดียวกัน ซึ่งรวมถึงระบบไมโครไฮบริดเช่น 48V และระบบไฮบริดเต็มรูปแบบและปลั๊กอินไฮบริด ประกอบด้วยรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นตัวพาพลังงาน และรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน

ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าระบบสามารถสรุปได้เป็นห้าส่วน ได้แก่ การรับรู้ การคำนวณ การดำเนินการ การสื่อสาร และแหล่งจ่ายไฟบทความนี้จะนำเสนอมุมมองและความคิดส่วนตัวเกี่ยวกับสองหัวข้อของแหล่งจ่ายไฟและการดำเนินการในห้าส่วนนี้.

หนึ่ง、รางแรงดันไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟของยานพาหนะ

ปัจจุบันสิ่งที่เราเห็นในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลคือระบบจ่ายไฟ 12V, 48V และไฟฟ้าแรงสูง (400V/800V)ในรถยนต์โดยสารเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิม มีการใช้แหล่งจ่ายไฟ 12V ตลอดเวลา และผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เกี่ยวข้องก็ครอบครองส่วนใหญ่ของตลาดด้วย ตามข้อมูลการคาดการณ์ขององค์กรที่เชื่อถือได้ระหว่างประเทศบางแห่ง รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในเพียงอย่างเดียวจะถอนตัวออกจากตลาดประมาณปี 2030 อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงข้อได้เปรียบด้านขนาดของห่วงโซ่อุปทานชิ้นส่วนที่ครบกำหนดของระบบ 12V และข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำของผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เหมาะสำหรับการใช้งานระบบนี้ รางจ่ายไฟ 12V ควรมีอายุการใช้งานยาวนาน ในเวลานั้น DC-DC จะมาแทนที่ไดชาร์จ 12V แบบเดิมโดยสิ้นเชิง และกลายเป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่และโหลดแหล่งจ่ายไฟในระบบ 12V ซึ่งจะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในลักษณะของระบบจ่ายไฟ 12V เช่น การกำจัดโหลด
เนื่องจากเป็นมาตรฐานแหล่งจ่ายไฟที่สอดคล้องกัน จึงสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามนั้น48V ซึ่งเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัย มีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่คุ้มค่าในระบบไฟฟ้าไฮบริด เนื่องจากมีข้อกำหนดเกรดฉนวนที่ต่ำกว่าและปัจจัยอื่นๆ ด้วยการปรับปรุงห่วงโซ่อุปทานในระบบ 48V ต้นทุนการผลิตขนาดใหญ่จึงลดลง ในขณะเดียวกัน การกำหนดมาตรฐานของชิ้นส่วนบางส่วนในยานพาหนะไฟฟ้าแรงสูงต่างๆ ช่วยให้ซัพพลายเออร์และผู้ผลิตยานพาหนะลดต้นทุนในการจัดการชิ้นส่วนได้ ด้วยวิธีนี้ รางจ่ายไฟ 48V อาจถูกนำมาใช้ไม่เพียงแต่ในรถยนต์ที่มีระบบไมโครไฮบริดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรถยนต์พลังงานใหม่ที่มีระบบไฟฟ้าแรงสูงด้วย เพื่อให้มีโหลดกำลังปานกลางบางส่วน (เช่น ระหว่าง 1kW ถึง 10kW) สามารถทำงานในระบบจ่ายไฟ 48V ได้ จึงทำให้มีรูปลักษณ์ที่สดใสของการใช้ตัวแปลง DC-DC ซึ่งแปลงไฟฟ้าแรงสูง (400V/800V) เป็น 48V

เนื่องจากมีรางสามราง (HV, 48V, 12V) อยู่ร่วมกันในยานพาหนะคันเดียวกัน เมื่อพิจารณาถึงสถาปัตยกรรม ความปลอดภัยในการใช้งาน และราคาของยานพาหนะทั้งหมด ไม่ว่าโทโพโลยีเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟจะใช้การแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบรวมศูนย์หรือการแปลงแรงดันไฟฟ้าแบบกระจายจะขึ้นอยู่กับการออกแบบของ โรงงานรถยนต์ทั้งหมด รวมถึงระดับกำลังและระดับความปลอดภัยในการทำงานของ DC-DC ก็จะมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันเช่นกัน

   

ครั้งที่สองเกี่ยวกับ "การดำเนินการ"

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น การอยู่ร่วมกันของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟสามรางนำไปสู่ข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับแอคทูเอเตอร์ภายใต้รางแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน นั่นคือ ข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์พลังงานเซมิคอนดักเตอร์ รางแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันต้องการระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์พลังงานเซมิคอนดักเตอร์ การใช้งานที่แตกต่างกันต้องการกระแสขับที่แตกต่างกันและความถี่สวิตชิ่งที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า

รางแรงดันไฟฟ้า 48V มุ่งเน้นการประยุกต์ใช้ระดับพลังงานตั้งแต่ 1kW ถึง 10kW ในหมู่พวกเขา DC-DC และมอเตอร์อินเวอร์เตอร์เป็นส่วนใหญ่ เมื่อพิจารณาถึงระดับแรงดันไฟฟ้าและพลังงานที่ทนทาน นี่คือสนามรบหลักของ MOSFET และ GaN ที่ใช้ซิลิคอน อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน GaN จะใช้เวลาสักระยะหนึ่งจึงจะถูกนำมาใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์

รูปต่อไปนี้แสดงขอบเขตการใช้งานที่เกี่ยวข้องของอุปกรณ์พลังงานซิลิคอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ และแกลเลียมไนไตรด์สำหรับการอ้างอิง

สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในรางไฟฟ้าแรงสูง ประเด็นร้อนที่สุดในปัจจุบันคือ ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) อุปกรณ์พลังงานซิลิกอนคาร์ไบด์มีข้อดีคือการสูญเสียการสวิตชิ่งต่ำ แรงดันไฟฟ้าทนสูง อุณหภูมิการทำงานสูง และความสามารถในการกระจายความร้อนสูง เพื่อให้ระบบสามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและความถี่ที่สูงขึ้น จึงช่วยลดปริมาตรของส่วนประกอบแบบพาสซีฟ ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ของระบบและปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของระบบ อย่างไรก็ตาม ในทางกลับกัน อุปกรณ์ที่ทำจากซิลิกอนคาร์ไบด์ในปัจจุบันมีข้อเสียอยู่บ้างเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ทำจากซิลิกอน จากผลลัพธ์ที่ครอบคลุม เราเชื่อว่าอุปกรณ์พลังงานซิลิคอนและซิลิคอนคาร์ไบด์จะอยู่ร่วมกันในอนาคตเป็นระยะเวลาหนึ่ง โดยให้จุดแข็งของตนในสาขาของตนอย่างเต็มที่

จากข้อมูลการวิเคราะห์และทดสอบของ Infineon ระบบไฟฟ้าที่ใช้อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถลดการสูญเสียพลังงานได้ประมาณ 7.6% เมื่อเทียบกับระบบไฟฟ้าที่ใช้อุปกรณ์ซิลิกอนในระดับพลังงานเดียวกัน รวมถึงการลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการขับขี่มอเตอร์และ การลดการสูญเสียกำลังระหว่างการกู้คืนพลังงานของมอเตอร์

รูปต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบชุดข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับความแตกต่างของการใช้พลังงานของอุปกรณ์จ่ายไฟเมื่อมอเตอร์ใช้ IGBT ที่ใช้ซิลิกอนและ MOSFET ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ความเร็วรอบและแรงบิดที่ต่างกัน จะเห็นได้ว่าเมื่อความเร็วมอเตอร์อยู่ที่ 2667 รอบต่อนาที และแรงบิดเอาต์พุตอยู่ที่ 553.3 นิวตันเมตร การใช้พลังงานของ IGBT ที่ใช้ซิลิกอนจะน้อยกว่าการใช้พลังงานของ MOSFET ซิลิกอนคาร์ไบด์ประมาณ 13%

จากนี้ เราสามารถได้คร่าวๆ เกี่ยวกับสถานการณ์การใช้งานของ IGBT ที่ใช้ซิลิกอนและซิลิกอนคาร์ไบด์ MSOFET ในอินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน ดังที่แสดงในรูปต่อไปนี้:

การนำรูปแบบ "ไฮบริด" ที่ใช้ร่วมกันโดย IBGT ที่ใช้ซิลิคอนและ MOSFET ของซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถให้ประโยชน์อย่างเต็มที่ต่อข้อได้เปรียบของตน และเรียนรู้จากจุดแข็งของกันและกัน มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย IGBT ที่ใช้ซิลิกอนสามารถให้การทำงานเต็มที่โดยมีการสูญเสียพลังงานน้อยกว่า MOSFET ภายใต้กระแสไฟสูง โดยให้เอาต์พุตแรงบิดสูงเป็นหลัก สะท้อนถึงประสิทธิภาพการเร่งความเร็วของยานพาหนะทั้งหมด อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย MOSFET ซิลิคอนคาร์ไบด์จะทำงานได้มากขึ้นในสภาวะการล่องเรือ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เพื่อให้บรรลุผลทั้งสองประการและมีทั้งปลาและอุ้งตีนหมี

สิ่งนี้สามารถทำให้ยานพาหนะรักษาระยะการล่องเรือเท่าเดิมในขณะที่ลดความจุของแบตเตอรี่ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนแบตเตอรี่ และชดเชยค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นอันเนื่องมาจากการนำอุปกรณ์พลังงานซิลิคอนคาร์ไบด์มาใช้ ในเวลาเดียวกัน การลดความจุของแบตเตอรี่และการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานอินเวอร์เตอร์ยังสามารถลดน้ำหนักของยานพาหนะและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยานพาหนะทั้งหมดได้อีกด้วย

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: บทความนี้ทำซ้ำจาก "Infineon Automotive Electronics Ecosphere" บทความนี้นำเสนอเฉพาะความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียน และไม่ได้นำเสนอมุมมองของ Sacco Micro และอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับการพิมพ์ซ้ำและแบ่งปันเพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเท่านั้น โปรดระบุแหล่งที่มาต้นฉบับและผู้แต่งเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดใด ๆ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

โทรศัพท์บริษัท: +86-0755-83044319
แฟกซ์/แฟกซ์:+86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่
QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว
ที่อยู่: ห้อง 809 บล็อก C อาคารเทคโนโลยี Zhantao เลขที่ 1079 Minzhi Avenue เขตหลงหัวใหม่ เซินเจิ้น