Kada je u pitanju 800V, trenutne automobilske kompanije uglavnom promovišu platformu za brzo punjenje od 800V, a potrošači podsvjesno misle da je 800V sistem brzog punjenja.
U stvari, ovo shvatanje je donekle pogrešno shvaćeno.Da budemo precizni, 800V visokonaponsko brzo punjenje samo je jedna od karakteristika 800V sistema.
U ovom članku namjeravam da sistematski pokažem čitaocima relativno kompletan sistem od 800V iz pet dimenzija, uključujući:
1. Šta je 800V sistem na novom energetskom vozilu?
2. Zašto je 800V uveden u ovom trenutku?
3. Koje intuitivne prednosti trenutno može donijeti 800V sistem?
4. Koje su poteškoće u trenutnoj primjeni 800V sistema?
5. Kakav je mogući raspored punjenja u budućnosti?
01.Šta je 800V sistem na novom energetskom vozilu?
Visokonaponski sistem uključuje sve visokonaponske komponente na visokonaponskoj platformi. Sljedeća slika prikazuje visokonaponske komponente tipičnenovo energetsko čisto električno voziloopremljen vodom hlađenom platformom od 400V naponabaterija.
Naponska platforma visokonaponskog sistema izvedena je iz izlaznog napona akumulatora vozila.
Specifični raspon naponske platforme različitih modela čistog elektriciteta povezan je s brojem ćelija povezanih u seriju u svakom paketu baterija i tipom ćelija (ternarni, litijum željezo fosfat, itd.).
Među njima, broj ternarnih baterija u seriji sa 100 ćelija je oko 400V visokog napona.
Naponska platforma od 400 V za koju često kažemo da je širok pojam. Uzmimo 400V platformu Jikrypton 001 kao primjer. Kada se ternarni paket baterija nosi sa 100% SOC na 0% SOC, njegova širina promjene napona je blizu100V (oko 350V-450V). ).
3D crtež visokonaponske baterije
Pod sadašnjom visokonaponskom platformom od 400V svi dijelovi i komponente visokonaponskog sistema rade na naponskom nivou od 400V, a projektovanje, razvoj i verifikacija parametara se vrše prema naponskom nivou od 400V.
Da bi se postigao pun sistem visokonaponske platforme od 800V, prije svega, u smislu napona baterije, potrebno je koristiti bateriju od 800V, što odgovara oko 200ternarni litijumbaterije u seriji.
Slijede motori, klima uređaji, punjači, DCDC podrška 800V i pripadajući snopovi, visokonaponski konektori i ostali dijelovi na svim visokonaponskim strujnim krugovima dizajnirani su, razvijeni i verifikovani u skladu sa zahtjevima 800V.
U razvoju arhitekture platforme od 800V, kako bi bila kompatibilna sa 500V/750V brzim punjenjem na tržištu, 800V čisto električna vozila će biti opremljena sa 400V do 800V boost DCDC modulimadugo vremena.
Njegova funkcija je dapravovremeno odlučiti hoće li se aktivirati modul za pojačavanje za punjenje baterije od 800V u skladu sa stvarnim naponskim mogućnostima uređajagomila za punjenje.
Prema kombinaciji performansi troškova, postoje otprilike dvije vrste:
Jedna je arhitektura pune 800V platforme.
Svi dijelovi vozila u ovoj arhitekturi su projektovani za 800V.
Puna arhitektura visokonaponskog sistema od 800V
Druga kategorija je isplativi dio arhitekture 800V platforme.
Zadržite neke komponente od 400V: Budući da je cijena trenutnih 800V prekidača nekoliko puta veća od 400V IGBT-a, kako bi se uravnotežila cijena cjelokupnog vozila i efikasnost vožnje, proizvođači originalne opreme su motivirani da koriste komponente od 800V(kao što su motori)onZadržite neke dijelove od 400V(npr. električni klima uređaj, DCDC).
Multipleksiranje uređaja za napajanje motora: Pošto nema potrebe za vožnjom tokom procesa punjenja, troškovno osjetljivi OEM-i će ponovo koristiti uređaje za napajanje u kontroleru motora stražnje osovine za 400V-800 pojačani DCDC.
Arhitektura platforme elektroenergetskog sistema 800V
02.Zašto vozila nove energije trenutno uvode sisteme od 800 V?
U svakodnevnoj vožnji sadašnjih čisto električnih vozila, oko 80% električne energije se troši u pogonskom motoru.
Inverter, ili kontroler motora, upravlja električnim motorom i jedna je od najvažnijih komponenti u automobilu.
Električni pogonski sistem tri u jednom
U Si IGBT eri, poboljšanje efikasnosti visokonaponske platforme od 800 V je malo, a snaga aplikacije je nedovoljna.
Gubitak efikasnosti sistema pogonskog motora uglavnom se sastoji od gubitka tijela motora i gubitka pretvarača:
Prvi dio gubitka – gubitak tijela motora:
- Gubitak bakra – gubitak toplote nanamotaj statora motora(bakrena žica) ;
- Gubitak gvožđa U sistemima gde motor koristi magnetnu silu, gubitak toplote(džula toplina)uzrokovane vrtložnim strujama koje nastaju u željezu(ili aluminijum)dio motora zbog promjene magnetske sile;
- Zalutali gubici se pripisuju gubicima uzrokovanim nepravilnim protokom punjenja;
- gubitak vjetra.
Određeni tip motora s ravnom žicom od 400V kao što slijedi ima maksimalnu efikasnost od 97%, a za tijelo motora 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui se kaže da ima maksimalnu efikasnost od 98%.
U fazi od 400V, koja je dostigla najveću efikasnost od 97-98%, jednostavno korištenje 800V platforme ima ograničen prostor za smanjenje gubitka samog motora.
Dio 2 Gubici: Gubici pretvarača motora:
- gubitak provodljivosti;
- komutacioni gubici.
Sljedeće jeHonda400V platforma IGBT motor inverter efikasnost Mapa[1].Više od 95% odpodručja visoke efikasnosti su blizu 50%.
Iz poređenja trenutnog statusa gubitka ova dva dijela:
U grubom poređenju između gubitka motornog tijela (>2%)i gubitak pretvarača motora(>4%), gubitak pretvarača je relativno velik.
Stoga je domet vožnje automobila više povezan sa efikasnošću glavnog pretvarača pogonskog motora.
Prije zrelosti treće generacije energetskog poluvodičkog SiC MOSFET-a, energetske komponente novih energetskih vozila, kao što je pogonski motor, koriste Si IGBT kao sklopni uređaj invertora, a naponski nivo podrške je uglavnom oko 650V. Električne mreže, električne lokomotive i druge nepotrošačke prilike.
Sa stanovišta izvodljivosti, novo energetsko putničko vozilo teoretski može koristiti IGBT sa otpornim naponom od 1200V kao prekidač za napajanje 800V kontrolera motora, a sistem od 800V će se razviti u IGBT eri.
Iz perspektive troškova, platforma od 800 V ima ograničeno poboljšanje efikasnosti tijela motora. Kontinuirana upotreba 1200V IGBT-a ne poboljšava efikasnost pretvarača motora, koji predstavlja većinu gubitaka. Umjesto toga, to donosi niz troškova razvoja. Većina automobilskih kompanija nema primjenu napajanja u IGBT eri. 800V platforma.
U eri SiC MOSFET-a, performanse 800V sistema su počele da se poboljšavaju zbog rođenja ključnih komponenti.
Nakon pojave treće generacije uređaja za napajanje od silicijum karbida od poluvodičkog materijala, on je dobio veliku pažnju zbog svojih odličnih karakteristika [2].Kombinira prednosti visokofrekventnih Si MOSFET-ova i visokonaponskih Si IGBT-ova:
- Visoka radna frekvencija – do nivoa MHz, veća sloboda modulacije
- Dobra otpornost na napon – do 3000 kV, široki scenariji primjene
- Dobra temperaturna otpornost – može stabilno raditi na visokoj temperaturi od 200 ℃
- Mala integrisana veličina – viša radna temperatura smanjuje veličinu i težinu hladnjaka
- Visoka operativna efikasnost – usvajanje SiC energetskih uređaja povećava efikasnost energetskih komponenti kao što su motorni invertori zbog smanjenih gubitaka.UzmiPametnoGenie kao primjer ispod. Pod istim naponom platforme i u osnovi istog otpora na cesti(gotovo da nema razlike u težini/oblici/širini gume),svi su to Virui motori. U poređenju sa IGBT inverterima, ukupna efikasnost SiC invertera je poboljšana za oko 3%.Napomena: Stvarno poboljšanje efikasnosti pretvarača je takođe povezano sa mogućnostima dizajna hardvera i razvojem softvera svake kompanije.
Rani SiC proizvodi bili su ograničeni procesom rasta SiC pločice i sposobnošću obrade čipova, a kapacitet struje jednog čipa SiC MOSFET-a bio je mnogo niži od SiC IGBT-a.
2016. istraživački tim u Japanu objavio je uspješan razvoj pretvarača velike gustine snage koristeći SiC uređaje, a kasnije je objavio rezultate u (Electrical and Electronic Engineering Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan)IEEJ[3].Inverter je u to vrijeme imao maksimalnu snagu od 35 kW.
U 2021. godini, s napretkom tehnologije iz godine u godinu, poboljšan je trenutni kapacitet masovne proizvodnje SiC MOSFET-a otpornog napona od 1200V, te su viđeni proizvodi koji se mogu prilagoditi snazi većoj od 200kW.
U ovoj fazi, ova tehnologija je počela da se primenjuje u stvarnim vozilima.
S jedne strane, performanse energetskih elektronskih energetskih uređaja imaju tendenciju da budu idealne.SiC energetski uređaji imaju veću efikasnost od IGBT-a i mogu odgovarati mogućnostima otpornog napona(1200V) odplatforma od 800V, i razvili su se do snage više od 200 kW posljednjih godina;
S druge strane, mogu se vidjeti dobitci visokonaponske platforme od 800 V.Udvostručenje napona povećava gornju granicu snage punjenja cijelog vozila, gubitak bakra u sistemu je manji, a gustina snage pretvarača motora je veća.(karakteristično je da su obrtni moment i snaga motora iste veličine veći);
Treće je povećanje involucije na novom energetskom tržištu.Težnja za velikim dometom krstarenja i bržim punjenjem energije na strani potrošača, kompanija je željna da napravi razliku u razlici u pogonskom sistemu na novom energetskom tržištu;
Navedeni faktori su konačno doveli do velikih istraživanja i primjene novih energetskih 800V visokonaponskih platformi u posljednje dvije godine.Trenutno navedeni modeli platforme od 800 V uključuju Xiaopeng G9,PorscheTaycani tako dalje.
Pored toga, SAIC, Krypton,Lotus, idealno,Tianji Automobilei druge automobilske kompanije takođe imaju povezane modele od 800V spremne za uvođenje na tržište.
03.Koje intuitivne prednosti trenutno može donijeti sistem od 800V?
Sistem od 800 V teoretski može navesti mnoge prednosti. Mislim da su najintuitivnije prednosti za trenutne potrošače uglavnom sljedeće dvije.
Prvo, vijek trajanja baterije je duži i solidniji, što je najintuitivnija prednost.
Na nivou potrošnje energije od 100 kilometara pod CLTC uslovima rada, prednosti koje donosi sistem od 800 V(slika ispod prikazuje poređenje između Xiaopeng G9 iBMWiX3, G9 je teži, kućište je šire igumeširi su, a sve su nepovoljni faktori za potrošnju energije), konzervativne procjene Postoji povećanje od 5%.
Pri velikim brzinama, poboljšanje potrošnje energije sistema od 800 V je izraženije.
Tokom lansiranja Xiaopeng G9, proizvođači su namjerno usmjeravali medije da provode testove trajanja baterije velike brzine. Mnogi mediji su objavili da je 800V Xiaopeng G9 postigao visoku brzinu trajanja baterije (veliki vek trajanja baterije/CLTC trajanje baterije*100%).
Stvarni efekat uštede energije zahteva dalju potvrdu sa pratećeg tržišta.
Drugi je da se u potpunosti iskoristi mogućnosti postojećih punjača.
Modeli sa platformom od 400V, kada se suočavaju sa 120kW, 180kW punjačima, brzina punjenja je skoro ista. (Podaci o testu dolaze od Chedija)DC boost modul koji koristi model platforme od 800 V može direktno puniti postojeću niskonaponsku gomilu za punjenje(200kW/750V/250A)koja nije ograničena snagom mreže na punu snagu od 750V/250A.
Napomena: Stvarni puni napon Xpeng G9 je ispod 800V zbog inženjerskih razloga.
Uzimajući primjer hrpe kao primjer, snaga punjenja Xiaopeng G9 (800V platforma)sa istom baterijom od 100 stepenije skoro 2 putaonaj JK 001(400V platforma) .
04.Koje su poteškoće u trenutnoj primjeni 800V sistema?
Najveća poteškoća primjene 800V još uvijek je neodvojiva od cijene.
Ovaj trošak je podijeljen na dva dijela: trošak komponenti i trošak razvoja.
Krenimo od cijene dijelova.
Uređaji za napajanje visokog napona su skupi i koriste se u velikim količinama.Dizajn sveukupnog 1200-naponskog visokonaponskog uređaja za napajanje s punom arhitekturom od 800V koristi više od30, a najmanje 12SiC za modele sa dva motora.
Od septembra 2021. maloprodajna cijena 100-A diskretnih SiC MOSFET-ova (650 V i 1200 V) je skoro 3 putacijena ekvivalentnog Si IGBT.[4]
Od 11. oktobra 2022. saznao sam da je razlika u maloprodajnoj cijeni između dva Infineon IGBT i SiC MOSFET-a sa sličnim specifikacijama performansi oko 2,5 puta.(Izvor podataka Infineon službena web stranica 11. oktobra 2022.)
Na osnovu gornja dva izvora podataka, može se u osnovi smatrati da je trenutni tržišni SiC oko 3 puta veća od razlike u cijeni od IGBT.
Drugi je trošak razvoja.
Budući da većinu dijelova koji se odnose na 800V treba redizajnirati i provjeriti, testni volumen je veći od onih malih iterativnih proizvoda.
Neka od opreme za testiranje u eri od 400 V neće biti prikladna za proizvode od 800 V, te je potrebno kupiti novu opremu za testiranje.
Prva serija OEM-a koji koriste nove proizvode od 800 V obično moraju dijeliti više troškova eksperimentalnog razvoja sa dobavljačima komponenti.
U ovoj fazi, proizvođači originalne opreme će birati 800V proizvode od etabliranih dobavljača radi opreznosti, a troškovi razvoja etabliranih dobavljača će biti relativno veći.
Prema procjeni automobilskog inženjera OEM-a 2021. godine, cijena čisto električnog vozila na nivou od 400 kW sa punom arhitekturom od 800 V i sistemom sa dva motora od 400 kW povećat će se sa 400 V na 800 V, a trošak će se povećati za oko10.000-20.000 juana.
Treća je niska cijena 800V sistema.
Uzimajući čisto električnog kupca koji koristi gomilu kućnog punjenja kao primjer, pretpostavljajući trošak punjenja od 0,5 juana/kWh i potrošnju energije od 20kWh/100km (tipična potrošnja energije za krstarenje velikom brzinom srednjih i velikih modela EV), trenutni rastući trošak sistema od 800V može koristiti korisnik za 10-200.000 kilometara.
Troškovi energije ušteđeni poboljšanjem efikasnosti u životnom ciklusu vozila (na osnovu poboljšanja efikasnosti visokonaponske platforme i SiC-a, autor grubo procjenjuje povećanje efikasnosti od 3-5%)ne može pokriti povećanje cijena vozila.
Postoji i tržišno ograničenje za 800V modele.
Prednosti 800V platforme u smislu ekonomičnosti nisu očigledne, tako da je pogodna za modele B+/C klase visokih performansi koji imaju vrhunsku potragu za performansama vozila i relativno su neosjetljivi na cijenu jednog vozila.
Ova vrsta vozila ima relativno mali udio na tržištu.
Prema raščlanjenju podataka Putničke federacije, od januara do avgusta 2022. godine, prema analizi cjenovne klase novih energetskih vozila u Kini, obim prodaje od 200.000-300.000 iznosio je 22%, prodaja od 300.000 do 400.000 iznosila je16%, a ostvarena je prodaja više od 400.000 komada4 %.
Uzimajući za granicu cijenu od 300.000 vozila, u periodu kada cijena 800V komponenti nije značajno smanjena, 800V modeli mogu činiti oko 20% tržišnog udjela.
Četvrto, lanac nabavke dijelova od 800 V je nezreo.
Primena sistema od 800V zahteva ponovni razvoj originalnih delova kola visokog napona.Baterije sa visokonaponskim platformama, električni pogoni, punjači, sistemi za upravljanje toplotom i delovi, većina Tire1 i Tire2 su još uvek u fazi razvoja i nemaju iskustva u aplikacijama masovne proizvodnje. Malo je dobavljača za OEM proizvođače, a relativno zreli proizvodi su skloni pojavljivanju zbog neočekivanih faktora. pitanja produktivnosti.
Peto, 800V aftermarket je nedovoljno validiran.
800V sistem koristi mnoge novorazvijene proizvode (motorni inverter, tijelo motora, baterija, punjač + DCDC, visokonaponski konektor, visokonaponski klima uređaj, itd.), a potrebno je provjeriti zazor, puzni put, izolaciju, EMC, rasipanje topline itd.
Trenutno je ciklus razvoja i verifikacije proizvoda na domaćem novom tržištu energije kratak (obično je ciklus razvoja novih projekata u starim zajedničkim poduhvatima 5-6 godina, a trenutni razvojni ciklus na domaćem tržištu je kraći od 3 godine ).U isto vrijeme, stvarno vrijeme tržišne inspekcije vozila 800V proizvoda je nedovoljno, a vjerovatnoća naknadne prodaje je relativno visoka. .
Šesto, praktična vrijednost primjene brzog punjenja sistema od 800 V nije visoka.
Kada automobilske kompanije promovišu 250kW,480kW (800V)super brzo punjenje velike snage, obično objavljuju broj gradova u kojima su postavljene gomile punjenja, s namjerom da navedu potrošače da misle da mogu uživati u ovom iskustvu u bilo kojem trenutku nakon kupovine automobila, ali stvarnost nije tako dobra.
Postoje tri glavna ograničenja:
Brošura za brzo punjenje Xiaopeng G9 800V visokog napona
(1) 800V gomile za punjenje će biti dodati.
Trenutno, češći DC punjač na tržištu podržava maksimalni napon od 500V/750V i ograničenu struju od 250A, što ne može omogućiti punu igrumogućnost brzog punjenja sistema od 800V(300-400kW) .
(2) Postoje ograničenja za maksimalnu snagu 800V napunjenih pilota.
Uzimanje kompresora Xiaopeng S4 (tečno hlađenje pod visokim pritiskom)na primjer, maksimalni kapacitet punjenja je 480kW/670A.Zbog ograničenja kapaciteta električne mreže, demonstracijska stanica podržava samo punjenje jednog vozila, koje može ostvariti najveću snagu punjenja od modela od 800 V. Tokom vršnih sati, istovremeno punjenje više vozila će uzrokovati preusmjeravanje struje.
Prema primjeru stručnjaka za opskrbu električnom energijom: škole s više od 3.000 učenika u istočnom primorskom području apliciraju za kapacitet od 600kVA, koji može podržati 480kW 800V napunjeni pilot na osnovu procjene efikasnosti od 80%.
(3) Investicioni trošak 800V napunjenih pilota je visok.
Ovo uključuje transformatore, gomile, skladište energije, itd. Procjenjuje se da je stvarni trošak veći od troška zamjenske stanice, a mogućnost primjene velikih razmjera je mala.
Supercharging od 800 V je samo šlag na tortu, pa kakav raspored uređaja za punjenje može poboljšati iskustvo punjenja?
Polje punjenja velike brzine za praznike 2022
05.Zamišljanje rasporeda objekata za punjenje u budućnosti
Trenutno, u cjelokupnoj domaćoj infrastrukturi gomila za punjenje, omjer vozila i gomile (uključujući javne gomile + privatne gomile)je i dalje na nivou od oko 3:1(na osnovu podataka iz 2021.).
Sa povećanjem prodaje novih energetskih vozila i ublažavanjem zabrinutosti potrošača o naplati, potrebno je povećati omjer vozila i gomile. Različite specifikacije gomila koje se brzo i sporo pune mogu se razumno rasporediti u scenarije odredišta i scenarije brzog punjenja, kako bi se poboljšalo iskustvo punjenja. Za poboljšanje i stvarno može uravnotežiti opterećenje mreže.
Prvo je odredišno punjenje, punjenje bez dodatnog vremena čekanja:
(1) Stambeni parking prostor: Izgrađen je veliki broj zajedničkih i urednih šipova za sporo punjenje u okviru 7kW, a naftnim vozilima se daje prednost parkiranju nenovih energetskih parking mjesta, koja mogu zadovoljiti potrebe stanovnika, a cijena polaganja je relativno niska, a metodom uredne kontrole može se izbjeći i prekoračenje regionalne elektroenergetske mreže. kapacitet.
(2) Tržni centri/scenska mjesta/industrijski parkovi/poslovne zgrade/hoteli i druga parkirališta: dopunjeno je brzo punjenje od 20kW, a izgrađen je veliki broj sporog punjenja od 7kW.Razvojna strana: niska cijena sporog punjenja i bez troškova proširenja; strana potrošača: izbjegavajte zauzimanje prostora/kretanje automobila nakon što se brzo punjenje potpuno napuni u kratkom vremenskom periodu.
Drugi je brza dopuna energije, kako uštedjeti ukupno vrijeme potrošnje energije:
(1) Područje usluge brze ceste: održavajte trenutni broj brzog punjenja, striktno ograničite gornju granicu punjenja (kao što je 90%-85% vrha) i osigurajte brzinu punjenja vozila na daljinu.
(2) Benzinske pumpe blizu ulaza na autoput u većim gradovima/naseljima: konfigurirajte brzo punjenje velike snage i striktno ograničite gornju granicu punjenja (kao što je 90% -85% na vrhuncu), kao dopuna uslužnom području velike brzine, blizu dugotrajne vožnje potražnje novih korisnika energije, dok zrači zahtjevima gradskog/gradskog zemaljskog punjenja.Napomena: Obično je zemaljska benzinska pumpa opremljena električnim kapacitetom od 250kVA, koji otprilike može izdržati dvije gomile brzog punjenja od 100kW u isto vrijeme.
(3) Urbana benzinska pumpa/parking na otvorenom: konfigurirajte brzo punjenje velike snage da ograničite gornju granicu punjenja.PetroChina trenutno postavlja objekte za brzo punjenje/razmjenu u novom energetskom polju, a očekuje se da će sve više benzinskih stanica u budućnosti biti opremljeno brzim punjenjem.
Napomena: Geografska lokacija same benzinske pumpe/otvorenog parkinga je blizu puta i karakteristike zgrade su očiglednije, što je pogodno za naplatu kupaca da brzo pronađu gomilu i brzo napuste lokaciju.
06.Napišite na kraju
Trenutno se sistem od 800 V i dalje suočava sa mnogim poteškoćama u troškovima, tehnologiji i infrastrukturi. Ove poteškoće su jedini put za inovacije i razvoj tehnologije novih energetskih vozila i industrijske iteracije. pozornici.
Kineske automobilske kompanije, sa svojim brzim i efikasnim mogućnostima primjene inženjeringa, mogle bi biti u stanju da realizuju veliki broj brzih primjena sistema od 800 V i preuzmu vodstvo u vođenju trenda tehnologije u oblasti novih energetskih vozila.
Kineski potrošači će također biti prvi koji će uživati u visokokvalitetnom iskustvu vozila koje donosi tehnološki napredak.Više nije kao u eri vozila na gorivo, kada domaći potrošači kupuju stare modele od multinacionalnih automobilskih kompanija, staru tehnologiju ili tehnološko kastrirane proizvode.
Reference:
[1] Honda Technology Research: Razvoj motora i PCU za SPORT HYBRID i-MMD sistem
[2] Han Fen, Zhang Yanxiao, Shi Hao. Primjena SiC MOSFET-a u Boost krugu [J]. Industrijska instrumentacija i uređaji za automatizaciju, 2021(000-006).
[3] Koji Yamaguchi, Kenshiro Katsura, Tatsuro Yamada, Yukihiko Sato . Inverter visoke gustine snage na bazi SiC sa gustinom snage od 70 kW/litar ili 50 kW/kg[J]. IEEJ Journal of Industry Applications
[4] PGC konsultantski članak: Pregled SiC-a, 1. dio: pregled troškovne konkurentnosti SiC-a i mapa puta za smanjenje troškova
Vrijeme objave: 21.10.2022