ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์ 48v ดึงดูดความสนใจของผู้คน ในอีกด้านหนึ่ง มี Mercedes-Benz ระดับไฮเอนด์รุ่นใหม่ S-Class และรุ่นปลั๊กอินไฮบริดจะติดตั้งระบบ 48V ในทางกลับกัน ผู้ผลิตอิสระอื่น ๆ นอกเหนือจาก BYD ก็กำลังเปิดตัว 48V ของตัวเองเช่นกัน แผนการวิจัยและพัฒนาระบบและการลงทุน ได้แก่ 10 อันดับแรก บริษัทผลิตรถยนต์ของจีนก็ดำเนินการเช่นกัน
แล้วทำไมทุกคนต้องละทิ้ง 12V ก่อนหน้าแล้วแปลงเป็น 48V สำหรับรถยนต์ที่มีฟังก์ชั่นสตาร์ท-ดับเครื่อง จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้ระบบปรับอากาศแบบไฟฟ้าเมื่อรอไฟแดง มิฉะนั้น ผู้โดยสารจะต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่มีเครื่องปรับอากาศเมื่อรอไฟแดงหรือในรถติด กำลังของคอมเพรสเซอร์แอร์ไฟฟ้าต้องมีอย่างน้อย 2.5kw หากใช้ไฟ 12V ระบบไฟฟ้าจะทนไม่ไหว หากใช้ไฟ 48V ก็ไม่มีปัญหา
นอกจากนี้ ฝั่ง 48V ยังสามารถจ่ายกำลังให้กับระบบกันสะเทือนแบบแอคทีฟ, พวงมาลัยไฟฟ้า, เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า ฯลฯ เนื่องจากเครื่องใช้ไฟฟ้ากำลังสูงถูกแปลงจากสายพานขับเคลื่อนเป็นไดรฟ์ไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ จำนวนเครื่องใช้ไฟฟ้ากำลังสูงในด้าน 48V จะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป บทความนี้จะแนะนำระบบแรงแบตเตอรี่รถยนต์ 48v ของรถยนต์ ข้อดีของระบบแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์ 48v ระดับแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์ทั่วไป และแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์แรงดันสูง 800v
แบตเตอรี่ถูกนำมาใช้ในรถยนต์ในปี พ.ศ. 2461 และค่อยๆ ได้รับความนิยมในปี พ.ศ. 2463 แรงดันแบตเตอรี่รถยนต์ในขณะนั้นอยู่ที่ 6 โวลต์ ต่อมา ด้วยการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนที่ของเครื่องยนต์สันดาปภายในและการเกิดขึ้นของเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีอัตราส่วนการอัดสูง ทำให้ระบบ 6V ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ดังนั้นระบบ 12V จึงถูกนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2493
ในปี พ.ศ. 2531 SAE (Society of Automotive Engineers) เสนอให้เพิ่มแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานเป็น 42V แต่เนื่องจากข้อจำกัดต่างๆ จึงมีผู้ตอบสนองน้อยมาก แต่แบตเตอรี่ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของอุปกรณ์ของร่างกายได้อีกต่อไป บริษัท รถยนต์ได้นำวิธีการตัดโหลดพลังงานสูงมาใช้เพื่อลดภาระของแบตเตอรี่
หลังจากการแนะนำกลไกสตาร์ท-สต็อป โดยทั่วไประบบแรงดันไฟฟ้า 12V ได้ถึงขีดจำกัดกำลังส่งออกแล้ว หากใช้ระบบไฮบริดแบบเบาที่แรงดันไฟฟ้า 12V ความต้องการพลังงานจะอยู่ที่ประมาณ 10kW~15kW ภายใต้แรงดันไฟฟ้าดังกล่าว เอาต์พุต กระแสไฟของแบตเตอรี่สูงถึง 1000A ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้
ในปี 2554 Audi, BMW, Daimler, Porsche และ Volkswagen ร่วมกันเปิดตัวระบบ 48V เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับสัมภาระบนรถ และที่สำคัญกว่านั้นคือ เพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เข้มงวดในปี 2563 และต่อมาก็ได้ออกสเปคระบบ 48V LV148
ทำไมถึงเป็น 48V เนื่องจาก 60V เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัย กล่าวคือ ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 60V จึงไม่จำเป็นต้องมีมาตรการป้องกันความปลอดภัยเพิ่มเติม แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ 48V สูงถึง 56V ซึ่งใกล้เคียงกับ 60V มาก นั่นคือแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์ 48V ซึ่งเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัย
ระบบจ่ายไฟ 48V สามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าระบบจ่ายไฟ 12V ในรถยนต์ที่ติดตั้งระบบสตาร์ท-ดับเครื่องยนต์สามารถดับเครื่องยนต์ได้เป็นเวลานานลดสถานการณ์ที่พลังงานแบตเตอรี่ต่ำเกินไปและเครื่องยนต์ สตาร์ทเครื่องยนต์บ่อยครั้งเพื่อการชาร์จ (ไม่สามารถสตาร์ทเครื่องยนต์ได้โดยไม่ชาร์จ) ) เพื่อหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงมากเกินไป
แน่นอนว่าการเกิดขึ้นของระบบ 48V ไม่ได้หมายความว่าระบบ 12V ได้ถูกกำจัดออกไปแล้ว แต่บนพื้นฐานของการรักษาระบบ 12V ก่อนหน้านี้ไว้ ระบบ 48V ได้ถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อรองรับระบบไฮบริดแบบอ่อนและระบบไฮบริดขนาดกลาง
นอกจากนี้ ในบรรดากฎระเบียบด้านการปล่อยก๊าซเรือนกระจก สหภาพยุโรป มีข้อกำหนดที่เข้มงวดที่สุด ภายในปี 2563 ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงต่อ 100 กิโลเมตรจะลดลงเหลือ 4 ลิตร และการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อกิโลเมตรจะต่ำเพียง 95 กรัม แน่นอนว่าโดยพื้นฐานแล้วมันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุเป้าหมายการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ การผสมข้ามพันธุ์ และการใช้พลังงานไฟฟ้าล้วนๆ ของยานพาหนะเป็นเส้นทางทางเทคนิคที่ดีที่สุด
แม้ว่าการใช้พลังงานไฟฟ้า 100% จะเป็นเป้าหมายสูงสุดของรถยนต์ แต่ก็ไม่สามารถได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในระยะสั้น เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูงและปัญหาอายุการใช้งานแบตเตอรี่
แม้ว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าล้วนๆ จะเป็นเป้าหมายสูงสุดของรถยนต์ แต่ก็ไม่สามารถได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในระยะสั้น เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูงและปัญหาอายุการใช้งานแบตเตอรี่
ระบบไฮบริดอ่อน 48V มีต้นทุนต่ำกว่าระบบไฮบริดไฟฟ้าแรงสูง แต่สามารถบรรลุผลการประหยัดพลังงานส่วนใหญ่ของระบบไฮบริดไฟฟ้าแรงสูง (แรงดันแบตเตอรี่ >100V) ตามการคำนวณ ระบบไฮบริดอ่อน 48V ระบบคิดเป็น 30% ของต้นทุนของระบบผสมแสงแรงดันสูง % ซึ่งสามารถบรรลุผลการประหยัดพลังงาน 70% ของระบบผสมแสงแรงดันสูง
ก่อนที่จะมีแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V อุตสาหกรรมทั้งหมดอยู่ในระดับใด เพื่อจุดประสงค์นี้ เราจึงใช้โมเดลไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ค่อนข้างได้รับความนิยมในตลาดเป็นข้อมูลอ้างอิง จะเห็นได้จากป้ายชื่อรถยนต์ว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของระบบแบตเตอรี่พลังงานของรุ่นไฟฟ้าบริสุทธิ์ส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 400V
ขีดจำกัดด้านบนของช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตโดยทั่วไปคือ 115% ถึง 120% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของระบบ ซึ่งหมายความว่าอาจมีความผันผวนขึ้นหรือลงต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของระบบแบตเตอรี่จ่ายไฟ
ดังนั้น คุณจะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่กำลังของ Audi e-tron คือ 396V เมื่อใช้สถานีชาร์จเร็ว DC ขนาด 150kW ของบริษัทอื่นในการชาร์จ 248A (ข้อมูลทั้งสองนี้ไม่อยู่ร่วมกัน)
แรงดันไฟฟ้าของ Audi e-tron สูงถึง 451.9V เมื่อใช้เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าขนาด 150kW นอกจากนี้ยังมีระบบแบตเตอรี่พลังงานเช่น BYD Tang EV ที่มีแรงดันไฟฟ้า 633.6V ดังนั้น BYD Tang EV จึงมีฟังก์ชันเร่งความเร็ว ซึ่งจะเพิ่มแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์เพื่อให้ได้พลังงานในการชาร์จที่เร็วขึ้น
ดังนั้นจะเห็นได้ว่าแรงดันไฟฟ้าของรุ่นไฟฟ้าบริสุทธิ์เหล่านั้นที่มีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 400V สำหรับระบบแบตเตอรี่พลังงานโดยพื้นฐานแล้วจะอยู่ภายใน 500V ในระหว่างการชาร์จ ดังนั้นจึงพบว่าเวลาในการชาร์จ 30%-80% ของรุ่นไฟฟ้าบริสุทธิ์ส่วนใหญ่นั้นโดยทั่วไปประมาณ 30 นาที
บริษัทรถยนต์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังใช้แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าสำหรับแพลตฟอร์มไฟฟ้าบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 800V ที่ใช้ใน Porsche Taycan ในปัจจุบัน ดังนั้น พลังงานสูงสุดในการชาร์จตามทฤษฎีของ Taycan จึงสามารถสูงถึง 270kW
การเปิดตัวแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800v มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จที่ส่วนท้ายของยานพาหนะ และบรรลุการเติมเต็มพลังงานอย่างรวดเร็วที่ส่วนท้ายของยานพาหนะ ดังนั้นเหตุใดจึงไม่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางภายใต้ข้อได้เปรียบดังกล่าว แม้ว่าสถานีชาร์จจะไม่สามารถตอบสนองแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูงบนฝั่งรถยนต์ได้ดีในขั้นตอนนี้ ในอนาคตจะพึงพอใจอย่างแน่นอน
แล้วอะไรคือสาเหตุที่ทำให้ไม่ได้ติดตั้งแท่นไฟฟ้าแรงสูงที่ปลายรถในปริมาณมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง อะไรคือความยากของแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูงที่ปลายรถ
ประการแรก การเพิ่มขึ้นของแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าหมายความว่าสถาปัตยกรรมอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าทั้งหมดของยานพาหนะทั้งหมดจะต้องได้รับการพัฒนาโดยใช้แพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง ในปัจจุบัน ส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้าสามตัวรวมถึงออนบอร์ดด้วย เครื่องชาร์จ คอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศ ฯลฯ ไม่ใช้ไฟฟ้าแรงสูงที่พัฒนาโดยแพลตฟอร์ม เช่นเดียวกับแบตเตอรี่รถจักรยานไฟฟ้า ส่วนประกอบต่างๆ เช่น ขนาดแบตเตอรี่ จำเป็นต้องเหมาะสำหรับกับร่างกายเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
ดังนั้น การเปิดตัวแพลตฟอร์มแรงดันแบตเตอรี่รถยนต์สูงหมายความว่าส่วนประกอบดั้งเดิมจำนวนมากต้องได้รับการพัฒนาและออกแบบใหม่เพื่อให้เข้ากับแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง
ในเวลาเดียวกันการพัฒนาส่วนประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของซัพพลายเออร์ คุณต้องรู้ว่าเมื่อ บริษัท รถยนต์พัฒนารถยนต์ใหม่พวกเขาไม่ได้ทำทุกอย่างด้วยตนเอง แต่จะส่งมอบความต้องการบางส่วนให้กับซัพพลายเออร์และซัพพลายเออร์เหล่านี้ ไม่ว่าคุณจะเต็มใจที่จะทำมันเมื่อได้รับความต้องการหรือไม่และจะทำได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับซัพพลายเออร์
ดังนั้นเมื่อสนับสนุนซัพพลายเออร์ให้รองรับแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง ความเร็วในการเปิดตัวของแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูงจะเร็วขึ้นและเร็วขึ้นอย่างแน่นอนในอนาคต
ประการที่สอง การแนะนำแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูงยังเป็นการทดสอบโมดูลแบตเตอรี่ ปัจจุบัน แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าประมาณ 400V ส่วนใหญ่เป็น 1C เมื่อชาร์จยานพาหนะ (ไม่พูดอย่างเคร่งครัด กำลังชาร์จของชุดแบตเตอรี่ 80kWh ที่ 80kW นั่นคือ อัตราการชาร์จประมาณ 1C) ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 800V อาจเป็นไปได้ที่จะได้อัตราการชาร์จประมาณ 3C หรือสูงกว่านั้น
การรับรู้อัตราการชาร์จที่สูงหมายถึงแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่เพิ่มขึ้น สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม การชาร์จพลังงานสูงอย่างต่อเนื่องจะส่งผลต่อความเสถียรภายในของแบตเตอรี่ในระดับหนึ่งซึ่งอาจก่อให้เกิดปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การลดทอนและไฟไหม้ ดังนั้นแม้แต่ Porsche Taycan ก็รองรับเฉพาะแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 800V ใน TurboS ระดับบนสุดเท่านั้น
ดังนั้นวิธีการตรวจสอบความปลอดภัยของโมดูลแบตเตอรี่ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูงและกระแสไฟฟ้าสูงอย่างต่อเนื่องจึงเป็นปัญหารวมถึงการระบายความร้อนของระบบการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่เป็นต้น
สุดท้ายคืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ บนแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 500V เรามักใช้ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง ส่วนใหญ่จะใช้กับอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์ และวงจรอินเวอร์เตอร์อื่น ๆ เพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็น กระแสสลับที่ปรับความถี่ได้เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ “CPU” ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า IGBT จะควบคุมการแปลงกระแสตรงและกระแสสลับในระบบขับเคลื่อนโดยตรง นอกจากนี้ ยังทำการควบคุมการแปลงความถี่บนมอเตอร์ AC ซึ่งจะกำหนดแรงบิดของยานพาหนะและกำลังเอาต์พุตสูงสุด อย่างไรก็ตาม IGBT ไม่เหมาะสำหรับแพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V และเหมาะสำหรับแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 750V และต่ำกว่า
อย่างไรก็ตาม การเกิดขึ้นของวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ได้แก้ไขปัญหานี้ในระดับหนึ่ง รวมถึงอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าแรงสูงที่ใช้โดยปอร์เช่ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ ทำจากวัสดุซิลิกอน คาร์ไบด์ เมื่อเปรียบเทียบกับชิปที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิม วัสดุซิลิกอน คาร์ไบด์ก็ถูกนำมาใช้เมื่อเทียบกับชิปที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิม . การสูญเสียความร้อนเพียงประมาณ 50% ของต้นฉบับ ในขณะที่ค่าการนำไฟฟ้าสูงถึง 98.5%
อย่างไรก็ตาม ปัญหาหนึ่งของการใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์คือต้นทุนค่อนข้างสูง ปัจจุบัน รุ่นประสิทธิภาพ BYD Han EV และ Porsche Taycan ใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์สำหรับแพลตฟอร์มปลายรถไฟฟ้าแรงสูง แม้ว่า Model 3 จะใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ด้วย การชาร์จอย่างรวดเร็วใช้ระบบจ่ายกระแสไฟสูงที่ระบายความร้อนด้วยของเหลว ดังนั้นวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์จึงไม่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในวงกว้าง
ดังนั้นจะเห็นได้ว่าสถาปัตยกรรมแพลตฟอร์มไฟฟ้าบริสุทธิ์เฉพาะที่เปิดตัวโดยบริษัทรถยนต์ในอนาคตจะรองรับแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 800V ขึ้นไปอย่างแน่นอน แต่จะมีแพลตฟอร์มเช่น 400V ด้วยเช่นกัน สาเหตุหลักคือต้นทุน สร้างความแตกต่างและความเป็นมิตรต่อผู้ใช้ที่ดีขึ้นไปยังตลาดที่แตกต่างกัน
