Pokud jde o 800V, současné automobilky propagují především 800V rychlonabíjecí platformua spotřebitelé si podvědomě myslí, že 800V je systém rychlého nabíjení.
Ve skutečnosti je toto chápání poněkud nepochopeno.Abychom byli přesní, 800V vysokonapěťové rychlé nabíjení je jen jednou z funkcí 800V systému.
V tomto článku hodlám čtenářům systematicky ukázat relativně kompletní 800V systém z pěti dimenzí, včetně:
1. Jaký je systém 800 V na novém energetickém vozidle?
2. Proč je v současné době zavedeno 800V?
3. Jaké intuitivní výhody může 800V systém v současnosti přinést?
4. Jaké jsou potíže v současné aplikaci 800V systému?
5. Jaké je možné uspořádání nabíjení v budoucnu?
01.Jaký je systém 800 V na novém energetickém vozidle?
Vysokonapěťový systém zahrnuje všechny vysokonapěťové komponenty na vysokonapěťové platformě. Následující obrázek ukazuje vysokonapěťové komponenty typickéhonové energeticky čisté elektrické vozidlovybavena vodou chlazenou napěťovou platformou 400Vbaterie.
Napěťová platforma vysokonapěťového systému je odvozena od výstupního napětí napájecího akumulátoru vozidla.
Konkrétní rozsah napěťových platforem různých čistě elektrických modelů souvisí s počtem článků zapojených do série v každém bateriovém bloku a typem článků (ternární, lithium-železo fosfátové atd.).
Mezi nimi je počet ternárních bateriových sad v sérii se 100 články asi 400 V vysokého napětí.
Napěťová platforma 400 V, o které často říkáme, je široký pojem. Vezměte si jako příklad 400V platformu Jikrypton 001. Když ternární baterie, kterou nese, přejde ze 100 % SOC na 0 % SOC, jeho šířka změny napětí se blíží100V (asi 350V-450V). ).
3D výkres vysokonapěťové baterie
Pod současnou vysokonapěťovou platformou 400V pracují všechny části a komponenty vysokonapěťového systému pod napěťovou úrovní 400V a návrh parametrů, vývoj a ověřování se provádí podle napěťové úrovně 400V.
K dosažení plného 800V vysokonapěťového platformového systému je v prvé řadě, pokud jde o napětí bateriové sady, potřeba použít 800V bateriovou sadu, což odpovídá přibližně 200ternární lithiumbateriové články v sérii.
Následují motory, klimatizace, nabíječky, DCDC podpora 800V a související kabelové svazky, vysokonapěťové konektory a další díly na všech vysokonapěťových obvodech jsou navrženy, vyvinuty a ověřeny v souladu s požadavky 800V.
Při vývoji architektury 800V platformy, aby byla kompatibilní s rychlonabíjecími hromadami 500V/750V na trhu, budou čistě elektrická vozidla na 800V vybavena moduly DCDC boost 400V až 800Vdlouho.
Jeho funkcí jevčas rozhodnout, zda aktivovat boost modul pro nabíjení 800V bateriové sady podle skutečné napěťové kapacitynabíjecí hromada.
Podle kombinace nákladů a výkonu existují zhruba dva typy:
Jedním z nich je plná architektura platformy 800V.
Všechny části vozidla v této architektuře jsou navrženy pro 800V.
Plná architektura vysokonapěťového systému 800V
Druhou kategorií je nákladově efektivní část architektury platformy 800V.
Ponechte si některé 400V součástky: Vzhledem k tomu, že cena současných spínacích zařízení 800 V je několikanásobně vyšší než u 400V IGBT, jsou výrobci OEM motivováni používat 800V komponenty, aby se vyrovnaly náklady na celé vozidlo a účinnost pohonu.(jako jsou motory)naNechte si nějaké díly na 400V(např. elektrická klimatizace, DCDC).
Multiplexování výkonových zařízení motoru: Vzhledem k tomu, že během procesu nabíjení není potřeba řídit, OEM citliví na náklady znovu použijí napájecí zařízení v ovladači motoru zadní nápravy pro zvýšení DCDC 400V-800.
Architektura platformy Power System 800V
02.Proč v současné době nová energetická vozidla zavádějí 800V systémy?
Při každodenní jízdě současných čistě elektrických vozidel se asi 80 % elektřiny spotřebuje v hnacím motoru.
Invertor neboli regulátor motoru řídí elektromotor a je jednou z nejdůležitějších součástí automobilu.
Systém elektrického pohonu tři v jednom
V éře Si IGBT je zlepšení účinnosti vysokonapěťové platformy 800 V malé a výkon aplikace je nedostatečný.
Ztráta účinnosti systému hnacího motoru se skládá hlavně ze ztráty těla motoru a ztráty měniče:
První část ztráty – ztráta těla motoru:
- Ztráta mědi – tepelné ztráty navinutí statoru motoru(měděný drát) ;
- Ztráta železa V systémech, kde motor využívá magnetickou sílu, tepelné ztráty(Joulovo teplo)způsobené vířivými proudy generovanými v žehličce(nebo hliník)část motoru v důsledku změn magnetické síly ;
- Bludné ztráty jsou připisovány ztrátám způsobeným nepravidelným tokem vsázky;
- ztráta větru.
Určitý typ 400V plochého drátového motoru, jak je uvedeno níže, má maximální účinnost 97 % a tělo motoru 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui má maximální účinnost 98 %..
Ve 400V stupni, který dosáhl nejvyšší účinnosti 97-98%, má prosté použití 800V platformy omezený prostor pro snížení ztráty samotného motoru.
Část 2 Ztráty: Ztráty měniče motoru:
- ztráta vedení;
- spínací ztráty.
NásledujeHonda400V platforma IGBT účinnost střídače motoru Mapa[1].Více než 95 %.oblasti s vysokou účinností se blíží 50 %.
Z porovnání aktuálního ztrátového stavu dvou částí:
V hrubém srovnání mezi ztrátou těla motoru (>2 %)a ztráta měniče motoru(>4 %), ztráta měniče je poměrně velká.
Dojezd vozu tedy souvisí spíše s účinností hlavního měniče hnacího motoru.
Před vyspělostí výkonového polovodičového SiC MOSFETu třetí generace využívají výkonové komponenty nových energetických vozidel, jako je hnací motor, jako spínací zařízení měniče Si IGBT a nosná úroveň napětí je převážně asi 650 V. Elektrické sítě, elektrické lokomotivy a jiné příležitosti nespotřebovávající se.
Z hlediska proveditelnosti může nové energetické osobní vozidlo teoreticky používat IGBT s výdržným napětím 1200V jako spínač napájení 800V ovladače motoru a 800V systém bude vyvinut v éře IGBT.
Z hlediska nákladové výkonnosti má napěťová platforma 800 V omezené zlepšení účinnosti těla motoru. Nepřetržité používání 1200V IGBT nezlepšuje účinnost motorového měniče, který představuje většinu ztrát. Místo toho přináší řadu nákladů na vývoj. Většina automobilových společností nemá v éře IGBT žádnou energetickou aplikaci. Platforma 800V.
V éře SiC MOSFETů se výkon 800V systémů začal zlepšovat díky zrodu klíčových komponent.
Po nástupu výkonových zařízení z polovodičového materiálu z karbidu křemíku třetí generace si získal velkou pozornost díky svým vynikajícím vlastnostem [2].Kombinuje výhody vysokofrekvenčních Si MOSFET a vysokonapěťových Si IGBT:
- Vysoká pracovní frekvence – až do úrovně MHz, vyšší volnost modulace
- Dobrá napěťová odolnost – až 3000 kV, široké možnosti použití
- Dobrá teplotní odolnost – může pracovat stabilně při vysoké teplotě 200 ℃
- Malá integrovaná velikost – vyšší provozní teplota snižuje velikost a hmotnost chladiče
- Vysoká provozní účinnost – Použití SiC výkonových zařízení zvyšuje účinnost výkonových komponent, jako jsou motorové měniče, díky sníženým ztrátám.Vezměte siChytrýGenie jako příklad níže. Pod stejnou napěťovou platformou a v podstatě stejným silničním odporem(téměř žádný rozdíl v hmotnosti/tvaru/šířce pneumatiky),všechny z nich jsou motory Virui. Ve srovnání s IGBT invertory je celková účinnost SiC invertorů zlepšena asi o 3 %.Poznámka: Skutečné zlepšení účinnosti střídačů souvisí také s možnostmi návrhu hardwaru a vývojem softwaru každé společnosti.
Dřívější produkty SiC byly omezeny procesem růstu plátků SiC a schopnostmi zpracování čipů a jednočipová proudová kapacita SiC MOSFETů byla mnohem nižší než u Si IGBT.
V roce 2016 výzkumný tým v Japonsku oznámil úspěšný vývoj invertoru s vysokou hustotou výkonu využívajícího zařízení SiC a později výsledky zveřejnil v (Electrical and Electronic Engineering Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan)IEEJ[3].Měnič měl v té době maximální výkon 35kW.
V roce 2021 se s pokrokem technologie rok od roku zlepšila proudová zatížitelnost sériově vyráběných SiC MOSFETů s výdržným napětím 1200V a byly k vidění produkty, které se dokážou přizpůsobit výkonům vyšším než 200kW.
V této fázi se tato technologie začala uplatňovat ve skutečných vozidlech.
Na jedné straně bývá výkon výkonových elektronických napájecích zařízení ideální.Napájecí zařízení SiC mají vyšší účinnost než IGBT a mohou odpovídat odolnosti vůči napětí(1200V).platforma 800Va v posledních letech se vyvinuly na výkon vyšší než 200 kW;
Na druhou stranu jsou vidět zisky 800V vysokonapěťové platformy.Zdvojnásobení napětí zvýší horní hranici nabíjecího výkonu celého vozidla, sníží se ztráty mědi v systému a zvýší se hustota výkonu měniče motoru.(Charakteristicky je točivý moment a výkon motoru stejné velikosti vyšší);
Třetím je zvýšení involuce na novém energetickém trhu.Snaha o vysoký cestovní dojezd a rychlejší doplňování energie na straně spotřebitele, podniková strana touží po tom, aby na novém trhu s energií došlo k rozdílu v rozdílu mezi pohonnou jednotkou;
Výše uvedené faktory nakonec přinesly v posledních dvou letech rozsáhlý průzkum a aplikaci nových energetických 800V vysokonapěťových platforem.Aktuálně uvedené modely 800V platformy zahrnují Xiaopeng G9,PorscheTaycana tak dále.
Kromě toho SAIC, Krypton,Lotus, Ideální,Automobil Tianjia další automobilky mají také související 800V modely připravené k uvedení na trh.
03.Jaké intuitivní výhody může 800V systém v současnosti přinést?
Systém 800V může teoreticky vyjmenovat mnoho výhod. Myslím, že nejintuitivnější přínos pro současné spotřebitele mají především následující dva.
Za prvé, výdrž baterie je delší a pevnější, což je ta nejintuitivnější výhoda.
Při spotřebě energie 100 kilometrů za provozních podmínek CLTC výhody systému 800 V(obrázek níže ukazuje srovnání mezi Xiaopeng G9 aBMWiX3, G9 je těžší, tělo je širší apneumatikyjsou širší, což jsou všechny nepříznivé faktory pro spotřebu energie), konzervativní odhady Existuje 5% nárůst.
Při vysokých rychlostech je prý zlepšení spotřeby energie u 800V systému výraznější.
Během uvedení Xiaopeng G9 výrobci záměrně vedli média k provádění vysokorychlostních testů životnosti baterie. Mnoho médií uvádělo, že 800V Xiaopeng G9 dosáhl vysokorychlostní životnosti baterie (vysokorychlostní životnost baterie / životnost baterie CLTC*100 %).
Skutečný efekt úspory energie vyžaduje další potvrzení ze strany navazujícího trhu.
Druhým je poskytnout plnou hru možnostem stávajících nabíjecích hromad.
Modely platformy 400V, když čelí nabíjecím hromadám 120kW, 180kW, rychlost nabíjení je téměř stejná. (Testovací data pocházejí z Chedi)DC boost modul používaný modelem platformy 800V může přímo nabíjet stávající nízkonapěťovou nabíjecí hromadu(200kW/750V/250A)která není omezena výkonem sítě na plný výkon 750V/250A.
Poznámka: Skutečné plné napětí Xpeng G9 je z technických důvodů nižší než 800 V.
Vezmeme-li příklad hromady jako příklad, nabíjecí výkon Xiaopeng G9 (800V platforma)se stejnou 100stupňovou bateriíje téměř 2 krátto z JK 001(platforma 400V) .
04.Jaké jsou potíže v současné aplikaci 800V systému?
Největší obtíž 800V aplikace je stále neoddělitelná od nákladů.
Tyto náklady se dělí na dvě části: náklady na komponenty a náklady na vývoj.
Začněme cenou dílů.
Vysokonapěťová energetická zařízení jsou drahá a používají se ve velkém množství.Konstrukce celkového 1200napěťového vysokonapěťového napájecího zařízení s plnou 800V architekturou využívá více než30 a minimálně 12SiC pro dvoumotorové modely.
Od září 2021 je maloobchodní cena 100-A diskrétních SiC MOSFETů (650 V a 1 200 V) téměř trojnásobnácena ekvivalentního Si IGBT.[4]
K 11. říjnu 2022 jsem se dozvěděl, že maloobchodní cenový rozdíl mezi dvěma Infineon IGBT a SiC MOSFETy s podobnými výkonnostními specifikacemi je asi 2,5násobek.(Zdroj dat oficiální stránky Infineon 11. října 2022)
Na základě výše uvedených dvou zdrojů dat lze v zásadě uvažovat, že současný tržní SiC je zhruba 3x větší než cenový rozdíl IGBT.
Druhým jsou náklady na vývoj.
Protože většinu dílů souvisejících s napětím 800 V je třeba přepracovat a ověřit, je objem testu větší než u malých iteračních produktů.
Některá testovací zařízení v éře 400 V nebudou vhodná pro produkty na 800 V a je třeba zakoupit nové testovací zařízení.
První várka OEM výrobců, kteří používají nové produkty na 800 V, musí obvykle sdílet více nákladů na experimentální vývoj s dodavateli komponent.
V této fázi si OEM budou z důvodu opatrnosti vybírat 800V produkty od zavedených dodavatelů a náklady na vývoj u zavedených dodavatelů budou relativně vyšší.
Podle odhadu automobilového inženýra OEM v roce 2021 se náklady na čistě elektrické vozidlo na úrovni 400 kW s plnou architekturou 800 V a dvoumotorovým 400 kW systémem zvýší ze 400 V na 800 V.a náklady se zvýší asi o10 000-20 000 juanů.
Třetím je nízká cena výkonu 800V systému.
Vezmeme-li příklad čistě elektrického zákazníka používajícího domácí nabíjecí hromadu, za předpokladu nákladů na nabíjení 0,5 juanu/kWh a spotřebě energie 20 kWh/100 km (typická spotřeba energie pro vysokorychlostní plavby středních a velkých modelů EV), současné rostoucí náklady na 800V systém může zákazník využít na 10-200 000 kilometrů.
Náklady na energii ušetřené zlepšením účinnosti v životním cyklu vozidla (na základě zlepšení účinnosti vysokonapěťové platformy a SiC autor odhaduje zvýšení účinnosti zhruba o 3–5 %)nemůže pokrýt zvýšení cen vozidel.
Pro modely na 800 V existuje také omezení trhu.
Výhody platformy 800V z hlediska hospodárnosti nejsou zřejmé, takže je vhodná pro vysoce výkonné modely třídy B+/C, které mají maximální snahu o výkon vozidla a jsou relativně necitlivé na cenu jednoho vozidla.
Tento typ vozidla má relativně malý podíl na trhu.
Podle rozpisu údajů Federace cestujících od ledna do srpna 2022 podle analýzy cenové třídy nových energetických vozidel v Číně představoval objem prodeje 200 000–300 000 22 %tvořily tržby 300 000 až 400 00016 %a činily tržby více než 400 tisíc4 %.
Vezmeme-li cenu 300 000 vozidel jako hranici, v období, kdy se náklady na 800V komponenty výrazně nesníží, mohou 800V modely tvořit asi 20 % podílu na trhu.
Za čtvrté, 800V dodavatelský řetězec dílů je nevyzrálý.
Aplikace systému 800V vyžaduje sanaci původních částí vysokonapěťového obvodu.Vysokonapěťové plošinové baterie, elektrické pohony, nabíječky, systémy tepelného managementu a díly, většina pneumatik Tire1 a Tire2 je stále ve fázi vývoje a nemá žádné zkušenosti s aplikacemi hromadné výroby. Existuje jen málo dodavatelů pro OEM a relativně vyspělé produkty mají tendenci se objevovat kvůli neočekávaným faktorům. problémy s produktivitou.
Za páté, 800V aftermarket je podhodnocený.
Systém 800V využívá mnoho nově vyvinutých produktů (měnič motoru, tělo motoru, baterie, nabíječka + DCDC, vysokonapěťový konektor, vysokonapěťová klimatizace atd.)a je nutné ověřit světlost, povrchovou vzdálenost, izolaci, EMC, odvod tepla atd.
V současné době je cyklus vývoje a ověřování produktu na domácím trhu s novou energií krátký (obvykle je cyklus vývoje nových projektů ve starých společných podnicích 5-6 let a současný vývojový cyklus na domácím trhu je kratší než 3 roky ).Současně je skutečná doba kontroly trhu vozidel u výrobků 800V nedostatečná a pravděpodobnost následného poprodeje je poměrně vysoká. .
Za šesté, praktická aplikační hodnota 800V systému rychlého nabíjení není vysoká.
Když automobilky propagují 250kW,480 kW (800 V)vysoce výkonné superrychlé nabíjení, obvykle zveřejňují počet měst, kde jsou nabíjecí hromady položeny, s úmyslem navést spotřebitele k tomu, aby si mysleli, že si tento zážitek mohou užít kdykoli po zakoupení vozu, ale realita není tak dobrá.
Existují tři hlavní omezení:
Xiaopeng G9 800V High Voltage Fast Charge Brožura
(1) Budou přidány nabíjecí hromady 800V.
V současnosti běžnější stejnosměrné nabíjecí hromady na trhu podporují maximální napětí 500V/750V a omezený proud 250A, což nemůže poskytnout plnou hru.schopnost rychlého nabíjení 800V systému(300-400 kW) .
(2) Existují omezení na maximální výkon 800V přeplňovaných pilotů.
Použití kompresoru Xiaopeng S4 (vysokotlaké kapalinové chlazení)například maximální nabíjecí kapacita je 480 kW/670 A.Vzhledem k omezení kapacity elektrické sítě demonstrační stanice podporuje pouze nabíjení jednoho vozidla, které může vyvinout nejvyšší nabíjecí výkon z modelů 800V. Ve špičce způsobí současné nabíjení více vozidel přesměrování energie.
Podle příkladu profesionálů v oblasti energetiky: školy s více než 3 000 studenty ve východní pobřežní oblasti žádají o kapacitu 600 kVA, která může podporovat 480 kW 800 V přeplňovanou hromadu na základě odhadu 80% účinnosti.
(3) Investiční náklady na 800V přeplňované piloty jsou vysoké.
To zahrnuje transformátory, piloty, zásobníky energie atd. Skutečné náklady se odhadují na vyšší než náklady na výměnnou stanici a možnost rozsáhlého nasazení je nízká.
Přeplňování 800 V je pouze třešničkou na dortu, takže jaké uspořádání nabíjecího zařízení může zlepšit zážitek z nabíjení?
2022 Holiday High Speed Charging Field
05.Představy o uspořádání nabíjecích zařízení v budoucnosti
V současné době je v celé infrastruktuře vnitrostátních nabíjecích pilotů poměr vozidla a piloty (včetně veřejných pilot + soukromých pilot)je stále na úrovni cca 3:1(na základě údajů z roku 2021).
S rostoucím prodejem nových energetických vozidel a úlevou od obav spotřebitelů z nabíjení je nutné zvýšit poměr počtu vozidel k hromadě. Různé specifikace rychlonabíjecích a pomalu nabíjecích hromad lze rozumně uspořádat v cílových scénářích a rychlonabíjecích scénářích, aby se zlepšil zážitek z nabíjení. Chcete-li zlepšit, a může opravdu vyrovnat zatížení sítě.
Prvním je cílové zpoplatnění, nabíjení bez další čekací doby:
(1) Parkovací místa pro rezidenty: Je postaveno velké množství sdílených a uspořádaných hromad s pomalým nabíjením do 7 kW a naftová vozidla dostávají přednost na zaparkování nenových energetických parkovacích míst, která mohou uspokojit potřeby rezidentů, a náklady na pokládku jsou nižší. relativně nízké a metoda řádného řízení může také zabránit překročení regionální energetické sítě. kapacita.
(2) Nákupní centra/vyhlídková místa/průmyslové parky/administrativní budovy/hotely a další parkoviště: Je doplněno 20kW rychlonabíjení a je postaveno velké množství 7kW pomalého nabíjení.Vývojová stránka: nízké náklady na pomalé nabíjení a žádné náklady na rozšíření; strana spotřebitele: vyhněte se zabírání místa/pohybu aut poté, co je rychlé nabíjení plně nabito během krátké doby.
Druhým je rychlé doplnění energie, jak ušetřit celkovou dobu spotřeby energie:
(1) Oblast služeb na dálnici: udržujte aktuální počet rychlých nabíjení, přísně omezte horní limit nabíjení (například 90%-85% špičky) a zajistěte rychlost nabíjení vozidel na dlouhé vzdálenosti.
(2) Čerpací stanice poblíž nájezdu na dálnici ve velkých městech: nakonfigurujte rychlé nabíjení s vysokým výkonem a přísně omezte horní hranici nabíjení (například 90 % - 85 % ve špičce), jako doplněk k oblasti vysokorychlostních služeb, v blízkosti dálkového řízení poptávky nových uživatelů energie, přičemž vyzařuje poptávku po pozemních komunikacích ve městě/městě.Poznámka: Pozemní čerpací stanice je obvykle vybavena elektrickým výkonem 250 kVA, který dokáže zhruba podporovat dvě 100kW rychlonabíjecí hromady současně.
(3) Městská čerpací stanice/venkovní parkoviště: nakonfigurujte vysokovýkonné rychlé nabíjení, abyste omezili horní hranici nabíjení.V současné době PetroChina nasazuje rychlonabíjecí/výměnná zařízení v nové energetické oblasti a očekává se, že v budoucnu bude stále více čerpacích stanic vybaveno rychlonabíjecími hromadami.
Poznámka: Zeměpisná poloha samotné čerpací stanice/parkoviště pod širým nebem je blízko silnice a vlastnosti budovy jsou zřetelnější, což je výhodné pro zákazníky, kteří nabíjejí, aby rychle našli hromadu a rychle opustili místo.
06.Napište na konec
V současné době 800V systém stále čelí mnoha obtížím v oblasti nákladů, technologie a infrastruktury. Tyto obtíže jsou jedinou cestou pro inovace a vývoj nových technologií energetických vozidel a průmyslové iterace. fáze.
Čínské automobilky se svými rychlými a efektivními schopnostmi inženýrských aplikací mohou být schopny realizovat velké množství rychlých aplikací 800V systémů a zaujmout vedoucí postavení v trendu technologie v oblasti nových energetických vozidel.
Čínští spotřebitelé budou také první, kdo si vychutná vysoce kvalitní zážitek z vozu, který přináší technologický pokrok.Už to není jako v éře palivových vozidel, kdy si tuzemští spotřebitelé kupují staré modely nadnárodních automobilek, starou techniku nebo technologiemi vykastrované výrobky.
Reference:
[1] Výzkum technologie Honda: Vývoj motoru a PCU pro systém SPORT HYBRID i-MMD
[2] Han Fen, Zhang Yanxiao, Shi Hao. Aplikace SiC MOSFET v Boost obvodu [J]. Průmyslová přístrojová a automatizační zařízení, 2021(000-006).
[3] Koji Yamaguchi, Kenshiro Katsura, Tatsuro Yamada, Yukihiko Sato. Invertor na bázi SiC s vysokou hustotou výkonu s hustotou výkonu 70 kW/litr nebo 50 kW/kg[J]. IEEJ Journal of Industry Applications
[4] Článek o poradenství PGC: Vyhodnocení SiC, Část 1: Přehled nákladové konkurenceschopnosti SiC a plán na snížení nákladů
Čas odeslání: 21. října 2022