智能車又要開始升級(jí)了，多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2022年將是國內(nèi)800V電壓平臺(tái)發(fā)展的元年，800V架構(gòu)是什么？
從400V到800V，最近車企都在大力發(fā)展800V架構(gòu)的整車，預(yù)計(jì)到2022年小鵬G9、比亞迪將率先量產(chǎn)，蔚來、理想、長城、北汽、廣汽等車企將在2023年落地。曾經(jīng)的一句“充電5分鐘，續(xù)航200公里”已不再是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。
為何電動(dòng)車要升級(jí)到800V架構(gòu)呢？升級(jí)會(huì)帶來哪些變化和產(chǎn)業(yè)價(jià)值呢？
在電動(dòng)車出現(xiàn)以前，汽車中的電壓都是非常低的。回顧燃油汽車的發(fā)展歷史來看，自1912年起至今的一百多年間，燃油車的功率僅從6V上升到了48V，
然而電動(dòng)汽車的出現(xiàn)徹底顛覆了汽車對(duì)功率的訴求。隨著電動(dòng)汽車的面世，當(dāng)前主流車型的功率集中在250V到450V之間，其中最主要的原因來自汽車的動(dòng)力系統(tǒng)（心臟）所發(fā)生的根本性改變。從燃油驅(qū)動(dòng)到電池驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變，雖然降低了排放污染，但是續(xù)航里程卻成為了電動(dòng)汽車的痛點(diǎn)。
為了解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航時(shí)間短、提高補(bǔ)能效率的問題，主流車廠提出了兩種解決方案：換電和大功率快充。換電的方案的代表企業(yè)是蔚來，目前已經(jīng)可以提高到5分鐘/車換電池，但是問題在于每個(gè)車企電池規(guī)格可能不同，未來換電的普適性難度很大，不利于大范圍推廣。而800V架構(gòu)就是針對(duì)大功率快充所設(shè)計(jì)的汽車補(bǔ)能方案。
目前市面上大部分的新能源汽的續(xù)航里程都低于600公里，難以滿足長距離的開車需求。根據(jù)特斯拉V3的充電樁數(shù)據(jù)顯示，在400V電壓下，充電效率為15分鐘續(xù)航250km,在現(xiàn)有的充電技術(shù)水平下，用戶至少需要等待半小時(shí)以上時(shí)間才能給車充滿電量，而這對(duì)比燃油車的加油體驗(yàn)可太差了。但在800V的電壓下，電動(dòng)汽車基本上可實(shí)現(xiàn)5分鐘續(xù)航200公里，12分鐘充電80%，極大的提高了汽車的充電速度，為車主們緩解了充電的等待焦慮。
在前文中見智研究提到過為了給電動(dòng)汽車補(bǔ)能，更多的廠商選擇了快充的方案。其實(shí)，快充也分兩種，一種是大電流快充，另一種是高電壓快充，代表型分別是特斯拉和保時(shí)捷。兩種方案的設(shè)計(jì)難點(diǎn)也是不同的。對(duì)于特斯拉的超級(jí)快充方案，對(duì)應(yīng)600A電流，400V電壓，可實(shí)現(xiàn)250KW充電功率，最需要解決的是熱管理的問題。
本文主要針對(duì)高電壓快充方案進(jìn)行解讀：
保時(shí)捷800V方案下，電流為350A，可實(shí)現(xiàn)充電功率300KW，對(duì)于高電壓系統(tǒng)而言，看起來只是升高了整車的電壓，然而從電動(dòng)車的高壓架構(gòu)以及應(yīng)用來看是牽一發(fā)而動(dòng)全身的工程。
隨著電壓升高后，意味著電動(dòng)汽車的“心臟”三電系統(tǒng)（電池、電驅(qū)、電控）要能夠在800V下安全工作。
拆分動(dòng)力電池系統(tǒng)來看，一般包含電芯、電池組、電池管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、高低壓線束、保護(hù)外殼等其他結(jié)構(gòu)件。對(duì)于鋰電池來說，過高的充電電壓以及電流都會(huì)導(dǎo)致電池的穩(wěn)定性降低，容易引發(fā)著火、爆炸等問題。
因此，想要在高壓下實(shí)現(xiàn)電池的安全壽命，需要在材料以及可高控制精度的電池管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。另外，值得注意的是電池周邊原本采用的線束也需要由低壓替換為高壓規(guī)格。
對(duì)于電驅(qū)系統(tǒng)來說，主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（齒軸系統(tǒng)、換擋系統(tǒng)、殼體）、電機(jī)以及逆變器。相比較成本占比最大的電池來說，電機(jī)的效率和性能則是關(guān)注點(diǎn)，目前主流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)包括直流、永磁以及感應(yīng)電機(jī)。從控制難度、成本、轉(zhuǎn)速以及可靠性等指標(biāo)綜合來看，永磁電機(jī)是綜合各方面來看較優(yōu)的選擇。
另外，值得關(guān)注的是原本在400V架構(gòu)下電動(dòng)汽車采用的是IGBT材料的逆變器，而在800V架構(gòu)下，IGBT的穩(wěn)定性就會(huì)產(chǎn)生新的問題，目前可選用的材料只有SiC基功率半導(dǎo)體，器件能耗損失要顯著低于IGBT，此外還可以為電驅(qū)系統(tǒng)提高2%-3%的效率。對(duì)于Si-IGBT來說，耐壓值只能達(dá)到650V，因此SiC將成為高壓電動(dòng)車架構(gòu)下最受益的元器件，但是SiC基的高成本一直是無法快速推廣的重要原因之一。
對(duì)于電控系統(tǒng)來說，電動(dòng)車與燃油車的整車控制器差別并不大，產(chǎn)品成熟度也比較高。值得關(guān)注的是薄膜電容，用于電機(jī)控制器和車載充電機(jī)上，一個(gè)功率半導(dǎo)體就需要匹配一個(gè)薄膜電容，另外在充電樁上也需要配套使用。在800V架構(gòu)下，薄膜電容ASP的用量將會(huì)提升20%，也將會(huì)成為高壓平臺(tái)趨勢(shì)下受益的元器件。
800V架構(gòu)下，電動(dòng)汽車有三方面值得關(guān)注：
1、800V快充對(duì)現(xiàn)有電池的穩(wěn)定性、電源管理系統(tǒng)以及電池材料電導(dǎo)率會(huì)進(jìn)行優(yōu)化。
2、在400V電壓平臺(tái)上所用到的逆變器采用的是IGBT，而800V上需要用SiC基功率半導(dǎo)體，但是目前SiC的高昂成本延緩了推廣進(jìn)度。
3、在400V下應(yīng)用的元器件都需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或替換，用以匹配高電壓平臺(tái)。薄膜電容ASP的用量將會(huì)提升20%。
此外，還有其他零部件如車載充電機(jī)（OBC）、直流變壓器（DCDC）以及空調(diào)壓縮機(jī)也會(huì)針對(duì)高壓架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)和改造，將會(huì)放在下一篇繼續(xù)分析。
|
