Когато става дума за 800V, настоящите автомобилни компании популяризират главно платформата за бързо зареждане 800V, а потребителите подсъзнателно смятат, че 800V е системата за бързо зареждане.
Всъщност това разбиране е донякъде неразбрано.За да бъдем точни, бързото зареждане с високо напрежение 800V е само една от характеристиките на системата 800V.
В тази статия възнамерявам систематично да покажа на читателите сравнително пълна 800V система от пет измерения, включително:
1. Каква е системата 800V на новото енергийно превозно средство?
2. Защо в момента се въвежда 800V?
3. Какви интуитивни предимства може да донесе системата 800V в момента?
4. Какви са трудностите при текущото приложение на 800V система?
5. Какво е възможното оформление на таксуването в бъдеще?
01.Каква е системата 800V на новото енергийно превозно средство?
Системата за високо напрежение включва всички високоволтови компоненти на платформата за високо напрежение. Следващата фигура показва високоволтовите компоненти на типиченново чисто електрическо превозно средство с енергияоборудван с платформа с водно охлаждане 400V напрежениебатерия.
Платформата на напрежението на системата за високо напрежение се извлича от изходното напрежение на акумулаторната батерия на автомобила.
Специфичният обхват на платформата за напрежение на различни чисто електрически модели е свързан с броя на клетките, свързани последователно във всеки пакет батерии и вида на клетките (троични, литиево-железен фосфат и др.).
Сред тях броят на тройните батерийни пакети в серия със 100 клетки е около 400 V високо напрежение.
Платформата с напрежение 400 V, която често казваме, е широк термин. Вземете 400V платформата Jikrypton 001 като пример. Когато тройният батериен пакет, носен от него, премине от 100% SOC на 0% SOC, неговата ширина на промяна на напрежението е близка до100V (около 350V-450V). ).
3D чертеж на батериен пакет с високо напрежение
При настоящата платформа за високо напрежение 400V всички части и компоненти на системата за високо напрежение работят под ниво на напрежение 400V, а проектирането, разработването и проверката на параметрите се извършват в съответствие с нивото на напрежение 400V.
За да се постигне пълна 800V високоволтова платформена система, на първо място, по отношение на напрежението на батерията, трябва да се използва 800V батерия, съответстваща на около 200троен литийбатерийни клетки в серия.
Следват двигатели, климатици, зарядни устройства, поддръжка на DCDC 800V и свързани кабелни снопове, конектори за високо напрежение и други части на всички вериги за високо напрежение са проектирани, разработени и проверени в съответствие с изискванията за 800V.
При разработването на архитектурата на платформата 800V, за да бъде съвместима с купчините за бързо зареждане 500V/750V на пазара, 800V чисто електрически превозни средства ще бъдат оборудвани с 400V до 800V усилващи DCDC модулиза дълго време.
Функцията му е дасвоевременно решете дали да активирате модула за усилване, за да заредите 800V батерия в съответствие с действителната волтажна способност назареждаща купчина.
Според комбинацията от ефективност на разходите има приблизително два вида:
Едната е пълната архитектура на платформата 800V.
Всички части на автомобила в тази архитектура са проектирани за 800V.
Пълна 800V високоволтова системна архитектура
Втората категория е рентабилната част от архитектурата на платформата 800V.
Запазете някои 400V компоненти: Тъй като цената на настоящите 800V превключващи устройства е няколко пъти по-висока от 400V IGBT, за да се балансира цената на цялото превозно средство и ефективността на задвижването, OEM производителите са мотивирани да използват 800V компоненти(като двигатели)наЗапазете част от 400V(напр. електрически климатик, DCDC).
Мултиплексиране на двигателни силови устройства: Тъй като няма нужда да шофирате по време на процеса на зареждане, чувствителните към разходите OEM производители ще използват повторно захранващите устройства в контролера на двигателя на задния мост за 400V-800 усилващ DCDC.
Архитектура на платформа за захранване 800V
02.Защо новите енергийни превозни средства въвеждат 800V системи в момента?
При ежедневното шофиране на сегашните чисто електрически превозни средства около 80% от електроенергията се консумира в задвижващия двигател.
Инверторът или контролерът на двигателя управлява електрическия мотор и е един от най-важните компоненти в автомобила.
Електрическа задвижваща система три в едно
В ерата на Si IGBT подобрението на ефективността на платформата за високо напрежение 800V е малко и мощността на приложението е недостатъчна.
Загубата на ефективност на системата на задвижващия двигател се състои главно от загубата на тялото на двигателя и загубата на инвертора:
Първата част от загубата – загубата на моторното тяло:
- Загуба на мед – загуба на топлина нанамотка на статора на двигателя(медна тел);
- Загуба на желязо В системи, където двигателят използва магнитна сила, загубата на топлина(Джоул топлина)причинени от вихрови токове, генерирани в желязото(или алуминий)част от двигателя поради промени в магнитната сила;
- Разсеяните загуби се приписват на загубите, причинени от неравномерния поток на заряда;
- загуба на вятър.
Определен тип 400V двигател с плосък проводник, както следва, има максимална ефективност от 97%, а тялото на двигателя 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui има максимална ефективност от 98%.
В етап 400V, който е достигнал най-високата ефективност от 97-98%, простото използване на платформата 800V има ограничено пространство за намаляване на загубите на самия двигател.
Част 2 Загуби: Загуби на моторен инвертор:
- загуба на проводимост;
- загуби при превключване.
Следното еХонда400V платформа IGBT мотор инвертор Карта на ефективността [1].Повече от 95% отзоните с висока ефективност са близо 50%.
От сравнението на текущото състояние на загубата на двете части:
При грубото сравнение между загубата на моторно тяло (>2%)и загубата на инвертора на двигателя(>4%), загубата на инвертора е относително голяма.
Следователно обхватът на шофиране на автомобила е по-скоро свързан с ефективността на главния инвертор на задвижващия двигател.
Преди зрелостта на мощния полупроводников SiC MOSFET от трето поколение, силовите компоненти на новите енергийни превозни средства, като задвижващия двигател, използват Si IGBT като превключващо устройство на инвертора, а поддържащото ниво на напрежение е главно около 650V. Електрически мрежи, електрически локомотиви и други неконсумационни поводи.
От гледна точка на осъществимостта, ново енергийно пътническо превозно средство може теоретично да използва IGBT с издържащо напрежение от 1200V като превключвател на захранването на 800V моторен контролер, а 800V система ще бъде разработена в ерата на IGBT.
От гледна точка на ефективността на разходите, платформата с напрежение 800 V има ограничено подобрение в ефективността на корпуса на двигателя. Продължителното използване на 1200V IGBT не подобрява ефективността на моторния инвертор, което представлява по-голямата част от загубите. Вместо това носи поредица от разходи за разработка. Повечето автомобилни компании нямат енергийно приложение в ерата на IGBT. 800V платформа.
В ерата на SiC MOSFET, производителността на 800V системи започна да се подобрява поради раждането на ключови компоненти.
След появата на захранващите устройства със силициев карбид от трето поколение полупроводников материал, той получи голямо внимание поради отличните си характеристики [2].Той съчетава предимствата на високочестотните Si MOSFET и високоволтовите Si IGBT транзистори:
- Висока работна честота – до ниво MHz, по-голяма свобода на модулация
- Добра устойчивост на напрежение – до 3000 kV, широки сценарии на приложение
- Добра температурна устойчивост – може да работи стабилно при висока температура от 200 ℃
- Малък вграден размер – по-високата работна температура намалява размера и теглото на радиатора
- Висока оперативна ефективност – Приемането на захранващи устройства от SiC повишава ефективността на захранващите компоненти като инвертори на двигатели поради намалени загуби.ВземетеУменGenie като пример по-долу. Под една и съща платформа на напрежение и основно същото съпротивление на пътя(почти няма разлика в теглото/формата/ширината на гумата),всички те са двигатели Virui. В сравнение с IGBT инверторите, общата ефективност на SiC инверторите е подобрена с около 3%.Забележка: Действителното подобряване на ефективността на инвертора също е свързано с възможностите за проектиране на хардуер и разработка на софтуер на всяка компания.
Ранните SiC продукти бяха ограничени от процеса на растеж на SiC пластини и възможностите за обработка на чипове, а капацитетът за пренос на ток на SiC MOSFET на един чип беше много по-нисък от този на Si IGBT.
През 2016 г. изследователски екип в Япония обяви успешното разработване на инвертор с висока плътност на мощността, използвайки SiC устройства, и по-късно публикува резултатите в (Електротехнически и електронни инженерни транзакции на Института на електроинженерите на Япония)IEEJ[3].Инверторът имаше максимална мощност от 35kW по това време.
През 2021 г., с напредъка на технологиите година след година, текущата носеща способност на масово произвежданите SiC MOSFET с издържано напрежение от 1200 V се подобри и бяха забелязани продукти, които могат да се адаптират към мощности над 200 kW.
На този етап тази технология е започнала да се прилага в реални превозни средства.
От една страна, производителността на силовите електронни захранващи устройства е идеална.Захранващите устройства от SiC имат по-висока ефективност от IGBT и могат да отговарят на способността за издържане на напрежение(1200V) наплатформа 800V, и са се развили до мощност над 200kW през последните години;
От друга страна, печалбите на платформата с високо напрежение 800V могат да се видят.Удвояването на напрежението повишава горната граница на мощността на зареждане на цялото превозно средство, загубата на мед в системата е по-ниска и плътността на мощността на инвертора на двигателя е по-висока(характерно е, че въртящият момент и мощността на двигателя със същия размер са по-високи);
Третият е да се увеличи навлизането в новия енергиен пазар.Стремежът към голям обхват на плаване и по-бързо попълване на енергия от страна на потребителите, страната на предприятията е нетърпелива да направи разликата в разликата в задвижването на новия енергиен пазар;
Горните фактори най-накрая доведоха до широкомащабно проучване и прилагане на нови енергийни 800V високоволтови платформи през последните две години.Понастоящем изброените модели на платформа 800V включват Xiaopeng G9,ПоршеТайкани така нататък.
В допълнение, SAIC, Krypton,Лотос, Идеален,Tianji Automobileи други автомобилни компании също имат свързани 800V модели, готови да бъдат представени на пазара.
03.Какви интуитивни предимства може да донесе системата 800V в момента?
Системата 800V теоретично може да изброи много предимства. Мисля, че най-интуитивните ползи за настоящите потребители са главно следните две.
Първо, животът на батерията е по-дълъг и по-стабилен, което е най-интуитивното предимство.
При ниво на консумация на енергия от 100 километра при работни условия на CLTC, предимствата, донесени от системата 800V(картинката по-долу показва сравнението между Xiaopeng G9 иBMWiX3, G9 е по-тежък, тялото е по-широко игумиса по-широки, всички те са неблагоприятни фактори за консумация на енергия), консервативни оценки Има 5% увеличение.
Твърди се, че при високи скорости подобрението на потреблението на енергия на системата 800V е по-изразено.
По време на пускането на пазара на Xiaopeng G9, производителите умишлено насочваха медиите да провеждат високоскоростни тестове за живота на батерията. Много медии съобщават, че 800V Xiaopeng G9 е постигнал висока скорост на живот на батерията с висока скорост (живот на батерия с висока скорост/живот на батерия CLTC*100%).
Действителният енергоспестяващ ефект изисква допълнително потвърждение от последващия пазар.
Второто е да се даде пълна игра на възможностите на съществуващите купчини за зареждане.
400V платформени модели, когато са изправени пред купчини за зареждане от 120kW, 180kW, скоростта на зареждане е почти същата. (Данните от теста идват от Chedi)Модулът за усилване на постоянен ток, използван от модела на платформата 800V, може директно да зарежда съществуващата купчина за зареждане с ниско напрежение(200kW/750V/250A)който не е ограничен от мощността на мрежата до пълната мощност от 750V/250A.
Забележка: Действителното пълно напрежение на Xpeng G9 е под 800 V поради инженерни съображения.
Вземайки примерната купчина като пример, мощността на зареждане на Xiaopeng G9 (800V платформа)със същата 100-градусова батерияе близо 2 пътитози на JK 001(400V платформа).
04.Какви са трудностите при текущото приложение на 800V система?
Най-голямата трудност при прилагането на 800V все още е неделима от цената.
Тези разходи са разделени на две части: разходи за компоненти и разходи за разработка.
Да започнем с цената на частите.
Устройствата за захранване с високо напрежение са скъпи и се използват в големи количества.Дизайнът на общото 1200-волтово захранващо устройство с високо напрежение с пълна 800V архитектура използва повече от30 и най-малко 12SiC за модели с двоен двигател.
Към септември 2021 г. цената на дребно на 100-A дискретни SiC MOSFET (650 V и 1200 V) е почти 3 пътицената на еквивалентен Si IGBT.[4]
Към 11 октомври 2022 г. научих, че разликата в цената на дребно между два IGBT транзистори на Infineon и SiC MOSFET с подобни спецификации на производителност е около 2,5 пъти.(Източник на данни Официален уебсайт на Infineon 11 октомври 2022 г.)
Въз основа на горните два източника на данни може да се счита, че текущият пазарен SiC е около 3 пъти по-голям от разликата в цената на IGBT.
Второто е цената на разработката.
Тъй като повечето от свързаните с 800 V части трябва да бъдат преработени и проверени, тестовият обем е по-голям от този на малки итеративни продукти.
Част от тестовото оборудване в ерата на 400V няма да е подходящо за 800V продукти и трябва да се закупи ново тестово оборудване.
Първата партида OEM производители, които използват 800V нови продукти, обикновено трябва да споделят повече разходи за експериментална разработка с доставчиците на компоненти.
На този етап OEM производителите ще избират 800V продукти от утвърдени доставчици от съображения за благоразумие и разходите за разработка на утвърдени доставчици ще бъдат относително по-високи.
Според оценката на автомобилен инженер на OEM през 2021 г. цената на чисто електрическо превозно средство на ниво 400kW с пълна 800V архитектура и система с двоен двигател 400kW ще се увеличи от 400V на 800V, а цената ще се увеличи с около10 000-20 000 юана.
Третото е ниската цена на 800V системата.
Вземайки чисто електрически клиент, използващ купчина за домашно зареждане като пример, приемайки цена на зареждане от 0,5 юана/kWh и консумация на енергия от 20kWh/100 km (типична консумация на енергия за високоскоростен круиз на средни и големи EV модели), текущата растяща цена на системата 800V може да се използва от клиента за 10-200 000 километра.
Разходите за енергия, спестени от подобряването на ефективността в жизнения цикъл на превозното средство (въз основа на подобряването на ефективността на високоволтовата платформа и SiC, авторът грубо оценява увеличението на ефективността от 3-5%)не може да покрие увеличението на цените на автомобилите.
Съществува и пазарно ограничение за 800V модели.
Предимствата на платформата 800V по отношение на икономичността не са очевидни, така че тя е подходяща за високопроизводителни модели B+/C-клас, които имат най-голям стремеж към производителност на превозното средство и са относително нечувствителни към цената на едно превозно средство.
Този тип превозни средства имат относително малък пазарен дял.
Според разбивката на данните на Федерацията на пътниците, от януари до август 2022 г., според анализа на ценовия клас на нови енергийни превозни средства в Китай, обемът на продажбите от 200 000-300 000 представлява 22%, отчетените продажби от 300 000 до 400 00016%, и продажбите на повече от 400 000 отчетени4%.
Вземайки цената от 300 000 автомобила като граница, в периода, когато цената на 800V компоненти не е значително намалена, 800V моделите могат да представляват около 20% от пазарния дял.
Четвърто, веригата за доставка на части от 800 V е незряла.
Приложението на системата 800V изисква преустройство на оригиналните части на веригата за високо напрежение.Високоволтови платформени батерии, електрически задвижвания, зарядни устройства, системи за термично управление и части, повечето от Tire1 и Tire2 все още са в етап на разработка и нямат опит в приложения за масово производство. Има малко доставчици за производители на оригинално оборудване и сравнително зрели продукти са склонни да се появяват поради неочаквани фактори. проблеми с производителността.
Пето, 800V вторичният пазар е недостатъчно валидиран.
Системата 800V използва много новоразработени продукти (моторен инвертор, двигателно тяло, батерия, зарядно устройство + DCDC, високоволтов конектор, високоволтов климатик и др.), и е необходимо да се провери хлабината, пътят на пълзене, изолацията, EMC, разсейването на топлината и др.
Понастоящем цикълът на разработване и проверка на продукта на вътрешния нов енергиен пазар е кратък (обикновено цикълът на развитие на нови проекти в стари съвместни предприятия е 5-6 години, а текущият цикъл на развитие на вътрешния пазар е по-малко от 3 години ).В същото време действителното време за проверка на пазара на превозни средства на 800V продукти е недостатъчно и вероятността от последващо следпродажбено обслужване е сравнително висока. .
Шесто, стойността на практическото приложение на бързото зареждане на 800V система не е висока.
Когато автомобилните компании рекламират 250kW,480kW (800V)супер бързо зареждане с висока мощност, те обикновено публикуват броя на градовете, където са положени купчините за зареждане, като възнамеряват да накарат потребителите да мислят, че могат да се насладят на това изживяване по всяко време след закупуването на кола, но реалността не е толкова добра.
Има три основни ограничения:
Xiaopeng G9 800V Брошура за бързо зареждане с високо напрежение
(1) Ще бъдат добавени купчини за зареждане от 800 V.
Понастоящем по-разпространените купчини за зареждане с постоянен ток на пазара поддържат максимално напрежение от 500V/750V и ограничен ток от 250A, което не може да даде пълна игра навъзможността за бързо зареждане на 800V система(300-400kW) .
(2) Има ограничения за максималната мощност на 800V компресорни пилоти.
Вземане на компресор Xiaopeng S4 (течно охлаждане с високо налягане)като пример, максималният капацитет на зареждане е 480kW/670A.Поради ограничения капацитет на електрическата мрежа, демонстрационната станция поддържа зареждане само с едно превозно средство, което може да упражни най-високата мощност на зареждане от 800V модели. По време на пиковите часове едновременното зареждане на няколко превозни средства ще доведе до отклоняване на захранването.
Според примера на професионалисти в електроснабдяването: училища с повече от 3000 ученици в източната крайбрежна зона кандидатстват за капацитет от 600kVA, който може да поддържа 480kW 800V компресорна купчина въз основа на оценка от 80% ефективност.
(3) Инвестиционните разходи за 800V компресорни пилоти са високи.
Това включва трансформатори, пилоти, съхранение на енергия и т.н. Действителната цена се оценява като по-висока от тази на станцията за смяна и възможността за широкомащабно внедряване е малка.
800V свръхзареждане е само черешката на тортата, така че какъв вид оформление на съоръжението за зареждане може да подобри изживяването при зареждане?
2022 Празнично поле за високоскоростно зареждане
05.Представяне на разположението на съоръженията за зареждане в бъдеще
Понастоящем в цялата домашна инфраструктура за зареждане на купчина, съотношението превозно средство към купчина (включително обществени пилоти + частни купчини)все още е на ниво около 3:1(въз основа на данни от 2021 г.).
С увеличаването на продажбите на нови енергийни превозни средства и облекчаването на притесненията на потребителите относно зареждането е необходимо да се увеличи съотношението превозно средство към купчина. Различни спецификации на купчини с бързо зареждане и купчини с бавно зареждане могат да бъдат разумно подредени в сценарии на дестинация и сценарии за бързо зареждане, за да се подобри изживяването при зареждане. За подобряване и наистина може да балансира натоварването на мрежата.
Първият е таксуването по дестинация, зареждане без допълнително време за изчакване:
(1) Жилищни паркоместа: Изградени са голям брой споделени и подредени купчини за бавно зареждане в рамките на 7kW, а превозните средства с петрола получават приоритет при паркиране на ненови енергийни паркоместа, които могат да отговорят на нуждите на жителите, а разходите за полагане са сравнително ниска, а методът за организиран контрол също може да избегне превишаване на регионалната електрическа мрежа. капацитет.
(2) Търговски центрове/живописни места/индустриални паркове/офис сгради/хотели и други паркинги: 20kW бързо зареждане е допълнено и са изградени голям брой 7kW бавно зареждане.Страна на разработка: ниска цена на бавно зареждане и без разходи за разширяване; потребителска страна: избягвайте да заемате място/движещи се коли, след като бързото зареждане е напълно заредено за кратък период от време.
Второто е бързото попълване на енергията, как да спестите общо време за консумация на енергия:
(1) Зона на обслужване на скоростна магистрала: поддържайте текущия брой бързо зареждане, стриктно ограничете горната граница на зареждане (като 90%-85% от пика) и осигурете скоростта на зареждане на превозни средства на дълги разстояния.
(2) Бензиностанции близо до входа на магистралата в големите градове: конфигурирайте бързо зареждане с висока мощност и стриктно ограничете горната граница на зареждане (като 90%-85% в пиковия момент), като допълнение към зоната за високоскоростно обслужване, близо до шофирането на дълги разстояния на търсенето на нови потребители на енергия, като същевременно излъчва търсенето на наземно зареждане в града/града.Забележка: Обикновено наземната бензиностанция е оборудвана с 250kVA електрически капацитет, който приблизително може да поддържа две купчини за бързо зареждане от 100kW едновременно.
(3) Градска бензиностанция/открит паркинг: конфигурирайте бързо зареждане с висока мощност, за да ограничите горната граница на зареждане.В момента PetroChina внедрява съоръжения за бързо зареждане/обмяна в новото енергийно поле и се очаква в бъдеще все повече бензиностанции да бъдат оборудвани с купчини за бързо зареждане.
Забележка: Географското местоположение на самата бензиностанция/открит паркинг е близо до пътя и характеристиките на сградата са по-очевидни, което е удобно за таксуване на клиентите за бързо намиране на купчината и бързо напускане на обекта.
06.Пиши накрая
Понастоящем системата 800V все още е изправена пред много трудности по отношение на разходите, технологията и инфраструктурата. Тези трудности са единственият начин за иновации и развитие на нови енергийни превозни средства и промишлена итерация. етап.
Китайските автомобилни компании, с техните бързи и ефективни възможности за инженерни приложения, може да са в състояние да реализират голям брой бързи приложения на 800V системи и да поемат водеща роля във водещата тенденция на технологиите в областта на превозните средства с нова енергия.
Китайските потребители също ще бъдат първите, които ще се насладят на висококачественото автомобилно изживяване, породено от технологичния прогрес.Вече не е като в ерата на автомобилите с гориво, когато местните потребители купуват стари модели от мултинационални автомобилни компании, стари технологии или технологично кастрирани продукти.
препратки:
[1] Технологични изследвания на Honda: Разработка на мотор и PCU за СПОРТНА ХИБРИДНА i-MMD система
[2] Хан Фен, Джан Янсяо, Ши Хао. Приложение на SiC MOSFET в Boost верига [J]. Индустриална апаратура и устройство за автоматизация, 2021 (000-006).
[3] Коджи Ямагучи, Кенширо Кацура, Тацуро Ямада, Юкихико Сато. Инвертор на базата на SiC с висока плътност на мощността с плътност на мощността от 70 kW/литър или 50 kW/kg [J]. IEEJ Journal of Industry Applications
[4] Консултантска статия на PGC: Инвентаризация на SiC, част 1: преглед на конкурентоспособността на разходите на SiC и пътна карта за по-ниски разходи
Време на публикуване: 21 октомври 2022 г