Integruotos galios elektronikos pavaros elektrinių transporto priemonių sąnaudos mažėja – automobilių bendruomenė

Efektyvumas yra pagrindinis elektromobilių kūrimo tikslas. Tai ypač pasakytina apie galios elektroniką, kai vienas vis labiau naudojamas metodas yra kelių funkcijų integravimas į tą patį paketą. Automobilių originalios įrangos gamintojams dėl to gali sumažėti bendras svoris, kad padidėtų transporto priemonės efektyvumas ir sumažėtų gamybos sąnaudos.

Elektromobilio galios elektronika turi tiksliai apibrėžtas funkcijas. Traukos keitiklis transformuoja srovę iš aukštos įtampos akumuliatoriaus į trifazę kintamąją srovę (AC), reikalingą elektros varikliui valdyti. Integruotas įkroviklis kintamosios srovės elektros energiją iš tinklo paima į nuolatinę srovę (DC), kad įkrautų aukštos įtampos akumuliatorių.

DC-DC keitiklis priima aukštos įtampos nuolatinę ir nuolatinę srovę ir sumažina ją iki standartinio lygio (šiuo metu 12 V, o kartais 48 V), kuris gali būti naudojamas pagalbinėms funkcijoms elektromobilyje maitinti: informacijos ir pramogų sistemai, jutikliams, apšvietimui, vairavimui. -viela ir dauguma dalykų, nepriklausančių pagrindinei automobilio pavarai.

Pradėjus bręsti elektromobilių tiekimo ir gamybos grandinėms, vienas iš svarbiausių būdų, kaip automobilių originalios įrangos gamintojai ir pirmo lygio tiekėjai siekia sumažinti išlaidas ir svorį neprarandant našumo, yra galios elektronikos integravimas.

Tai reiškia, kad viename mechaniniame korpuse sujungiamos kelios galios elektronikos funkcijos. „IDTechEx“ ataskaita „Elektrinių transporto priemonių galios elektronika 2025–2035 m.: technologijos, rinkos ir prognozės“, pateikia įžvalgas ir analizę galios elektronikos integravimo transporto priemonėje metodus ir privalumus.

Integruoti keitikliai

Pirmasis galios elektronikos integravimo būdas yra dviejų keitiklių sujungimas viename korpuse. Rinka linksta į dviejų, trijų ir keturių variklių konfigūracijas elektromobiliuose, ypač JAV. Šiose transporto priemonėse ant vienos ašies gali būti du varikliai, o kiekvienam varikliui valdyti reikės keitiklio.

Paprastas būdas yra turėti du keitiklius, turinčius tą patį korpusą, integruojant kiekvieno keitiklio grandinę: maitinimo perjungimo modulius (Si IGBT arba SiC MOSFET), pasyviuosius elementus ir valdymo plokštes.

Vienas iš pavyzdžių yra „Rivian R1T“, kai du inverteriai dalijasi korpusu, valdymo plokšte ir kondensatorių banku. Ir atvirkščiai, „Tesla“ savo modeliuose naudoja vieno keitiklio korpusus, pasinaudodama gerai žinomo keitiklio moduliu.

Integruotas įkroviklis ir DC-DC keitikliai

Sprendimas, į kurį kreipiasi daugelis originalios įrangos gamintojų ir pirmojo lygio tiekėjų, yra integruotas įkroviklis ir nuolatinės srovės keitiklis. „Bosch“, „Vitesco“ ir „Eaton“ yra pirmieji tiekėjai, siūlantys tokius sprendimus, o BYD „8-in-1“ jėgos agregatas taip pat sujungia OBC ir DC-DC keitiklį viename korpuse.

IDTechEx apskaičiavo, kad šis sprendimas galėtų padėti sutaupyti iki 25 %, palyginti su dviem atskirais įrenginiais. Sutaupoma suma priklauso nuo integracijos lygio, įskaitant mechaninį korpusą, pasyvius elementus, tokius kaip kondensatorius, laidus (sumažinant bendrą vario kiekį transporto priemonėje), valdymo grandines ir aušinimo sistemas.

Dalijimasis šiais elementais taip pat sumažins svorį, o tai gali nežymiai padidinti transporto priemonės diapazoną. Tačiau mažai tikėtina, kad tai būtų reikšminga naudojant dabartinius integravimo metodus. Didesnis integracijos lygis kelia inžinerinių iššūkių, įskaitant šilumos valdymą, elektromagnetinius trukdžius (EMI) ir galvaninę izoliaciją.

IDTechEx prognozuoja, kad tolesnė mechatroninė integracija sumažins išlaidas per ateinančius 10 metų. Integruotos sistemos gali tik reikšmingai paveikti mechaninį korpusą ir bendrą laidus, atskleisdamos tolesnį svorio ir sąnaudų taupymo potencialą dėl aukštesnio integravimo lygio.

Su trauka integruoti integruoti įkrovikliai

Pagrindinis veiksnys, skatinantis 800 V architektūrą, yra greitesnis ir efektyvesnis įkrovimas. Geriausia 400 V transporto priemonių įkrovimo galia yra 250 kW, o 800 V automobiliams ji gali padidėti iki 350 kW ir daugiau.

Tačiau jei transporto priemonė yra 800 V, o įkrovimo stotelė įkrauna 400 V, šių nepaprastesnių galių pasiekti nepavyks. Todėl kai kurie automobiliai turi papildomą DC-DC keitiklį, kuris pagreitina įtampą nuo įkrovimo stotelės iki 800V, atrakina greitesnį įkrovimą.

Tačiau šiam papildomam įrenginiui reikia korpuso, jungčių, tranzistorių, grandinių ir aušinimo, todėl transporto priemonė padidina išlaidas ir svorį. Ši technologija jau yra masinėje rinkoje, pirmiausia kaip Hyundai IONIQ 5 ir 6 bei Kia EV9.

Naujoviškas sprendimas yra integruotas įkroviklis su trauka. Tai padidina keitiklio funkciją: variklio apvijos veikia kaip filtro induktyvumas, o maitinimo jungikliai padidina įtampą nuo 400 V nuo įkrovimo stoties iki 800 V transporto priemonėje.

Tokios sistemos išradingumas slypi tame, kad keitiklis ir stiprintuvo keitiklis niekada neveiks vienu metu, nes keitiklis veikia automobiliui stovint, o keitiklis automobiliui judant.

Integruotų traukos įkroviklių rezultatas yra greitesnis įkrovimas, tačiau jis vis tiek nėra toks greitas kaip vietinė 800 V įkrovimo stotis. Pavyzdžiui, Hyundai IONIQ 5 įkraunama vidutine 149 kW galia, kai naudojamas 400 V (vardinis 150 kW) nuolatinės srovės greitasis įkroviklis, tačiau naudojant įprastą 800 V (vardinį 300 kW) nuolatinės srovės įkroviklį, jis gali įkrauti vidutiniškai 200 kW galia, o tai reiškia 33 % didesnį įkrovimo galią. .

Integruotas blokas yra stambesnis nei įprastas keitiklis, tačiau sąnaudos gali būti sumažintos iki 30%, palyginti su atskiru keitikliu ir padidinimo keitikliu. „IDTechEx“ ataskaitoje „Elektrinių transporto priemonių galios elektronika 2025–2035 m.: technologijos, rinkos ir prognozės“ nagrinėja šį ir kitus būdus į 800 V EV, pvz., trijų lygių keitiklius ir baterijų padalijimą.

Išvados

Kaip minėta anksčiau, galios elektronikos integravimas gali sukelti techninių iššūkių, tokių kaip šilumos valdymas ir elektromagnetiniai trukdžiai. Originalios įrangos gamintojai taip pat turės apsvarstyti, kur įdiegti didesnius integruotus įrenginius.

Gali prireikti tam tikro vidinio pertvarkymo, kad transporto priemonėje būtų vietos integruotam įrenginiui sumontuoti. Šie įrenginiai taip pat gali skirtis naudojant priekinių ratų pavaros konfigūracijas. Todėl integruotas blokas greičiausiai turės neigiamą poveikį vidinei transporto priemonės konstrukcijai.

Tačiau dėl svorio, tūrio ir, svarbiausia, išlaidų sumažinimo integruota galios elektronika yra patrauklus sprendimas automobiliams. OĮG. IDTechEx stebi vis didesnį integruotos galios elektronikos pritaikymą ir platesnį produktų pasiūlą iš daugelio pirmo lygio tiekėjų.

Tai yra pagrindinė elektromobilių galios elektronikos pramonės tendencija, kai keitiklis, integruotas įkroviklis ir nuolatinės srovės-DC keitiklis gali būti integruoti į vieną įrenginį iki 2025 m.