800V-Systemherausforderung: Ladestation für Ladesystem

800V-Laden “Ladegrundlagen”

Dieser Artikel beschreibt hauptsächlich einige vorläufige Anforderungen an die 800V-Ladestation. Zuerst betrachten wir das Prinzip des Ladens: Wenn der Ladestecker mit dem Fahrzeugende verbunden ist, stellt die Ladestation ① eine Niederspannungs-Assistenz-Gleichstromversorgung für das Fahrzeug bereit, um das integrierte BMS (Battery Management System) des Elektrofahrzeugs zu aktivieren. Nach der Aktivierung wird ② das Fahrzeugende mit dem Ladestationenende verbunden, um die grundlegenden Ladeparameter auszutauschen, wie die maximale Ladeleistung des Fahrzeugs und die maximale Ausgangsleistung der Station, und beide Seiten stimmen korrekt überein.

Nach erfolgreicher Abstimmung sendet das BMS (Battery Management System) am Fahrzeugende die Leistungsanforderungsinformationen an die Ladestation, und die Ladestation passt ihre Ausgangsspannung und -strom entsprechend an, um das Laden des Fahrzeugs formell zu starten. Dies ist das Grundprinzip der Ladeverbindung, und es ist notwendig, dass wir uns damit vertraut machen.

800V-Laden: “Spannung oder Strom erhöhen”

Theoretisch wollen wir Ladeleistung bereitstellen, um die Ladezeit zu verkürzen, es gibt in der Regel 2 Wege: entweder die Batterie erhöhen oder die Spannung erhöhen; nach W=Pt, wenn die Ladeleistung verdoppelt wird, wird die Ladezeit natürlich halbiert; nach P=UI, wenn Spannung oder Strom verdoppelt werden, kann die Ladeleistung verdoppelt werden, und dies wurde wiederholt erwähnt, was auch als Allgemeinwissen gilt.

Wenn der Strom höher ist, gibt es 2 Probleme: Je höher der Strom, desto größer und schwerer muss das stromführende Kabel sein, was den Durchmesser und das Gewicht des Kabels erhöht, was die Kosten steigert, und gleichzeitig ist es für das Personal unpraktisch zu bedienen; außerdem führt nach Q=I²Rt ein höherer Strom zu größeren Leistungsverlusten, die sich in Form von Wärme zeigen, was den thermischen Managementaufwand erhöht. Es besteht kein Zweifel, dass die Erhöhung der Ladeleistung durch kontinuierliche Stromsteigerung nicht wünschenswert ist.Steigerung der Ladeleistung ist weder für das Laden noch für die Fahrzeugsysteme wünschenswert.

Im Vergleich zum Hochstrom-Schnellladen erzeugt Hochspannungs-Schnellladen weniger Wärme und geringere Verluste. Derzeit haben fast alle führenden Automobilunternehmen den Weg der Spannungssteigerung gewählt. Beim Hochspannungs-Schnellladen kann die Ladezeit theoretisch um 50 % verkürzt werden, und die Spannungssteigerung kann die Ladeleistung leicht von 120 kW auf 480 kW erhöhen.

800V-Laden: “Spannung und Strom stehen im Zusammenhang mit dem thermischen Effekt”.

Aber egal, ob Sie die Spannung oder den Strom erhöhen, zunächst wird bei zunehmender Ladeleistung Wärme entstehen. Die Auswirkungen auf die Batterie sind jedoch unterschiedlich: eine schnellere Erhöhung des Stroms wirkt sich etwas stärker aus, während eine langsamere Erhöhung versteckte Hitzeentwicklungen deutlicher macht. Der obere Grenzwert ist ebenfalls offensichtlicher. Im Vergleich ist die erste Methode vorzuziehen. 

Da der Strom im Leiter durch den geringeren Widerstand fließt, reduziert die Spannungsmethode die erforderliche Kabelgröße, erzeugt weniger Wärme und erhöht gleichzeitig den Strom. Die Erhöhung des stromführenden Querschnitts führt zu einem größeren Außendurchmesser und Gewicht des Kabels, während bei längerer Ladezeit die Hitze langsam zunimmt, was subtiler ist. Diese Methode birgt größere Risiken für die Batterie.

800V-Laden: “Herausforderungen bei der Ladestation”

Der Hochspannungs-Schnellladeprozess stellt auch an die Stationen bestimmte Anforderungen:

Auf physischer Ebene führt die Spannungssteigerung zwangsläufig zu einer Vergrößerung der relevanten Geräte, z.B. erfordert die IEC60664-Insulation-Klasse 2 Hochspannungsgeräte mit einem Abstand von 2 mm auf 4 mm, die Anforderungen an die Isolationswiderstände steigen, ebenso die Anforderungen an die Durchschlagfestigkeit und die Isolierung, die sich im Allgemeinen verdoppeln. Dies erfordert eine höhere Spannung im Design der vorherigen Komponenten.

Dies erfordert eine Neugestaltung der vorherigen Spannungsversorgungssysteme, einschließlich der Größe der relevanten Geräte wie Stecker, Kupferleisten, Verbindungen usw. Außerdem führt die Spannungssteigerung zu höheren Anforderungen an die Lichtbogenlöschung. Geräte wie Sicherungen, Schaltkästen, Stecker usw. müssen verbessert werden. Diese Anforderungen gelten auch für das Fahrzeugdesign.

Das Hochspannungs-800V-Ladesystem, wie oben erwähnt, benötigt eine externe aktive Flüssigkeitskühlung. Die herkömmliche luftgekühlte aktive und passive Kühlung kann die Anforderungen an das thermische Management der Ladestation und des Kabels zum Fahrzeugende nicht erfüllen. Dieser Teil des Systems muss auf Geräte- und Systemeebene reduziert und kontrolliert werden. Die Temperaturkontrolle ist in der nächsten Phase ein zentrales Thema.;

Außerdem ist die Wärme, die bei Überladung entsteht, nicht nur die Wärme, sondern auch die Wärme durch Hochfrequenzleistungskomponenten. Es ist sehr wichtig, eine Echtzeitüberwachung durchzuführen und die Wärme stabil, effektiv und sicher abzuleiten. Dies erfordert Materialinnovationen sowie Systemüberwachung, z.B. die Echtzeit- und effektive Überwachung der Ladetemperatur.

Derzeit beträgt die Ausgangsspannung der DC-Ladestation auf dem Markt 400 V und kann nicht direkt auf 800 V Batterieladung umgestellt werden. Daher sind zusätzliche Boost-DCDC-Produkte erforderlich, die die Spannung von 400 V auf 800 V erhöhen und dann die Batterie laden. Dies erfordert eine höhere Leistung bei Hochfrequenzwandlung. Die Verwendung von Siliziumkarbid anstelle des traditionellen IGBT-Moduls ist die gängige Wahl. Obwohl das Siliziumkarbid-Modul die Ausgangsleistung der Ladestation erhöhen kann, steigen auch die Kosten erheblich, und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Anforderungen sind höher.

Fassen Sie zusammen. Die Spannungssteigerung erfordert Verbesserungen auf System- und Geräteebene, wobei das System die thermische Managementsystem, das Ladungsschutzsystem usw. umfasst, und die Geräteebene einige magnetische Bauteile und Leistungskomponenten verbessert werden muss.