Når det kommer til 800V, promoverer de nuværende bilfirmaer hovedsageligt 800V hurtigopladningsplatformen, og forbrugerne tror ubevidst, at 800V er det hurtige opladningssystem.
Faktisk er denne forståelse noget misforstået.For at være præcis er 800V højspændings hurtigopladning blot en af funktionerne ved 800V systemet.
I denne artikel har jeg til hensigt systematisk at vise læserne et relativt komplet 800V-system fra fem dimensioner, herunder:
1. Hvad er 800V-systemet på det nye energikøretøj?
2. Hvorfor introduceres 800V i øjeblikket?
3. Hvilke intuitive fordele kan 800V-systemet give i øjeblikket?
4. Hvad er vanskelighederne ved den nuværende 800V-systemapplikation?
5. Hvad er det mulige opladningslayout i fremtiden?
01.Hvad er 800V-systemet på det nye energikøretøj?
Højspændingssystemet omfatter alle højspændingskomponenter på højspændingsplatformen. Følgende figur viser højspændingskomponenterne i en typisknyt energiren elbiludstyret med en vandkølet 400V spændingsplatformbatteripakke.
Højspændingssystemets spændingsplatform er afledt af udgangsspændingen fra køretøjets batteripakke.
Det specifikke spændingsplatformsudvalg af forskellige rene elektriske modeller er relateret til antallet af celler forbundet i serie i hver batteripakke og typen af celler (ternær, lithiumjernfosfat osv.).
Blandt dem er antallet af ternære batteripakker i serie med 100 celler omkring 400V højspænding.
400V spændingsplatformen siger vi ofte er et bredt begreb. Tag 400V platformen Jikrypton 001 som et eksempel. Når den ternære batteripakke, som den bærer, går fra 100 % SOC til 0 % SOC, dens spændingsændringsbredde er tæt på100V (ca. 350V-450V). ).
3D tegning af højspændingsbatteripakke
Under den nuværende 400V højspændingsplatform arbejder alle dele og komponenter i højspændingssystemet under 400V spændingsniveauet, og parameterdesign, udvikling og verifikation udføres i henhold til 400V spændingsniveauet.
For at opnå et fuldt 800V højspændingsplatformsystem skal der først og fremmest, hvad angår batteripakkespænding, bruges en 800V batteripakke, svarende til ca. 200ternær lithiumbattericeller i serie.
Efterfulgt af motorer, klimaanlæg, opladere, DCDC-støtte 800V og tilhørende ledningsnet, højspændingsstik og andre dele på alle højspændingskredsløb er designet, udviklet og verificeret i overensstemmelse med 800V-kravene.
I udviklingen af 800V platformsarkitekturen vil 800V rene elektriske køretøjer blive udstyret med 400V til 800V boost DCDC moduler for at være kompatibel med 500V/750V hurtigopladningsbunkerne på markedet.i lang tid.
Dens funktion er atrettidigt beslutte, om du vil aktivere boost-modulet for at oplade 800V-batteripakken i henhold til den faktiske spændingskapacitet påladebunke.
Ifølge kombinationen af omkostningsydelse er der groft sagt to typer:
Den ene er den fulde 800V platformsarkitektur.
Alle dele af køretøjet i denne arkitektur er designet til 800V.
Fuld 800V højspændingssystemarkitektur
Den anden kategori er den omkostningseffektive del af 800V platformsarkitekturen.
Behold nogle 400V komponenter: Da prisen på nuværende 800V strømomskifterenheder er flere gange højere end 400V IGBT'er, er OEM'er motiveret til at bruge 800V komponenter for at balancere omkostningerne ved hele køretøjet og dreveffektiviteten(såsom motorer)påBehold nogle 400V dele(f.eks. elektrisk klimaanlæg, DCDC).
Multiplexing af motorkraftenheder: Da der ikke er behov for at køre under opladningsprocessen, vil omkostningsfølsomme OEM'er genbruge kraftenhederne i bagakselmotorcontrolleren til 400V-800 boost DCDC.
Power System 800V platformsarkitektur
02.Hvorfor introducerer nye energikøretøjer 800V-systemer i øjeblikket?
Ved den daglige kørsel af nuværende rene elbiler forbruges omkring 80 % af elektriciteten i drivmotoren.
Inverteren, eller motorcontrolleren, styrer elmotoren og er en af de vigtigste komponenter i en bil.
Tre-i-én elektrisk drivsystem
I Si IGBT-æraen er effektivitetsforbedringen af 800V højspændingsplatformen lille, og applikationskraften er utilstrækkelig.
Effektivitetstabet af drivmotorsystemet består hovedsageligt af motorlegemetabet og invertertabet:
Den første del af tabet – tabet af motorlegemet:
- Kobbertab – varmetab påmotor stator vikling(kobbertråd);
- Jerntab I systemer, hvor motoren bruger magnetisk kraft, er varmetabet(Joule varme)forårsaget af hvirvelstrømme genereret i jernet(eller aluminium)del af motoren på grund af ændringer i den magnetiske kraft;
- Omstrejfende tab henføres til tab forårsaget af den uregelmæssige strøm af ladning;
- vindtab.
En bestemt type 400V fladtrådsmotor som følger har en maksimal effektivitet på 97%, og 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui motorhuset siges at have en maksimal effektivitet på 98%.
I 400V-trinnet, som har nået den højeste effektivitet på 97-98%, har blot brug af 800V-platformen begrænset plads til at reducere tabet af selve motoren.
Del 2 Tab: Motoromformertab:
- ledningstab;
- skiftetab.
Følgende erHonda400V platform IGBT motor inverter effektivitetskort[1].Mere end 95 % afde højeffektive områder er tæt på 50 %.
Fra sammenligningen af den aktuelle tabsstatus for de to dele:
I den grove sammenligning mellem det motoriske kropstab (>2 %)og tab af motorinverter(>4 %), er invertertabet relativt stort.
Derfor er bilens køreområde mere relateret til effektiviteten af drivmotorens hovedinverter.
Før modenheden af den tredje generations effekthalvleder SiC MOSFET, bruger strømkomponenterne i nye energikøretøjer, såsom drivmotoren, Si IGBT som omskifteren af inverteren, og det understøttende spændingsniveau er hovedsageligt omkring 650V. Elnet, elektriske lokomotiver og andre ikke-forbrugende lejligheder.
Fra et gennemførlighedssynspunkt kan et nyt energipassagerkøretøj teoretisk bruge en IGBT med en modstå spænding på 1200V som strømafbryder på en 800V motorcontroller, og et 800V system vil blive udviklet i IGBT-æraen.
Ud fra et omkostningsmæssigt perspektiv har 800V spændingsplatformen begrænset forbedring af motorhusets effektivitet. Den kontinuerlige brug af 1200V IGBT'er forbedrer ikke effektiviteten af motorinverteren, som tegner sig for størstedelen af tabene. I stedet medfører det en række udviklingsomkostninger. De fleste bilselskaber har ingen strømapplikation i IGBT-æraen. 800V platform.
I æraen med SiC MOSFET'er begyndte ydeevnen af 800V-systemer at blive forbedret på grund af fødslen af nøglekomponenter.
Efter fremkomsten af den tredje generation af halvledermateriale siliciumcarbid kraftenheder, har den fået stor opmærksomhed på grund af dens fremragende egenskaber [2].Den kombinerer fordelene ved højfrekvente Si MOSFET'er og højspændings Si IGBT'er:
- Høj driftsfrekvens – op til MHz-niveau, større modulationsfrihed
- God spændingsmodstand – op til 3000 kV, brede anvendelsesscenarier
- God temperaturbestandighed – kan køre stabilt ved en høj temperatur på 200 ℃
- Lille integreret størrelse – højere driftstemperatur reducerer kølepladens størrelse og vægt
- Høj driftseffektivitet – Indførelse af SiC-effektenheder øger effektiviteten af strømkomponenter såsom motorinvertere på grund af reducerede tab.Tag denSmartGenie som et eksempel nedenfor. Under samme spændingsplatform og stort set samme vejmodstand(næsten ingen forskel i vægt/form/dækbredde),alle af dem er Virui-motorer. Sammenlignet med IGBT-invertere er den samlede effektivitet af SiC-invertere forbedret med omkring 3%.Bemærk: Den faktiske forbedring af inverterens effektivitet er også relateret til hardwaredesignkapaciteten og softwareudviklingen i hver virksomhed.
Tidlige SiC-produkter var begrænset af SiC-wafervækstprocessen og chipbehandlingskapaciteter, og SiC-MOSFET's strømbærende kapacitet på enkelt chip var meget lavere end Si IGBT'er.
I 2016 annoncerede et forskerhold i Japan den vellykkede udvikling af en højeffekttæthedsomformer ved hjælp af SiC-enheder og offentliggjorde senere resultaterne i (Electrical and Electronic Engineering Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan)IEEJ[3].Inverteren havde en maksimal effekt på 35kW på det tidspunkt.
I 2021, med teknologiens fremskridt år for år, er den nuværende bæreevne for masseproducerede SiC MOSFET'er med en modstå spænding på 1200V blevet forbedret, og produkter, der kan tilpasse sig til ydelser på mere end 200kW, er blevet set.
På dette stadium er denne teknologi begyndt at blive anvendt i rigtige køretøjer.
På den ene side plejer ydeevnen af kraftelektroniske strømenheder at være ideel.SiC-strømenheder har højere effektivitet end IGBT'er og kan matche spændingsmodstandsevnen(1200V) af800V platformen, og har udviklet sig til en effektkapacitet på mere end 200kW i de seneste år;
På den anden side kan 800V højspændingsplatformens gevinster ses.Fordoblingen af spændingen bringer den øvre grænse for ladeeffekten af hele køretøjet højere, kobbertabet i systemet er lavere, og motorinverterens effekttæthed er højere(karakteristisk er drejningsmomentet og effekten af samme størrelse motor højere);
Den tredje er at øge involutionen på det nye energimarked.Forfølgelsen af høj sejlrækkevidde og hurtigere energigenopfyldning på forbrugersiden er virksomhedssiden ivrige efter at gøre forskellen i drivlinjeforskellen på det nye energimarked;
Ovenstående faktorer har endelig ført til storstilet udforskning og anvendelse af nye energi 800V højspændingsplatforme i de sidste to år.Aktuelt listede 800V platformsmodeller inkluderer Xiaopeng G9,PorscheTaycanog så videre.
Derudover SAIC, Krypton,Lotus, ideel,Tianji bilog andre bilfirmaer har også relaterede 800V-modeller klar til at blive introduceret på markedet.
03.Hvilke intuitive fordele kan 800V-systemet give i øjeblikket?
800V systemet kan teoretisk angive mange fordele. Jeg tror, at de mest intuitive fordele for nuværende forbrugere hovedsageligt er de følgende to.
For det første er batterilevetiden længere og mere solid, hvilket er den mest intuitive fordel.
Ved strømforbrugsniveauet på 100 kilometer under CLTC-driftsforhold er fordelene ved 800V-systemet(billedet nedenfor viser sammenligningen mellem Xiaopeng G9 ogBMWiX3, G9 er tungere, kroppen er bredere, og dendæker bredere, som alle er ugunstige faktorer for strømforbruget), konservative skøn Der er et løft på 5%.
Ved høje hastigheder siges forbedringen af energiforbruget af 800V-systemet at være mere udtalt.
Under lanceringen af Xiaopeng G9 vejledte producenterne bevidst medierne til at udføre højhastighedstest af batterilevetid. Mange medier rapporterede, at 800V Xiaopeng G9 opnåede en høj højhastigheds batterilevetid (højhastigheds batterilevetid/CLTC batterilevetid*100%).
Den egentlige energibesparende effekt kræver yderligere bekræftelse fra følgemarkedet.
Den anden er at give fuld udfoldelse til mulighederne i eksisterende ladebunker.
400V platformsmodeller, når de står over for 120kW, 180kW ladebunker, er opladningshastigheden næsten den samme. (Testdataene kommer fra Chedi)DC boost-modulet, der bruges af 800V platformsmodellen, kan direkte oplade den eksisterende lavspændingsopladningsbunke(200kW/750V/250A)der ikke er begrænset af netstrømmen til den fulde effekt på 750V/250A.
Bemærk: Den faktiske fulde spænding af Xpeng G9 er under 800V på grund af tekniske overvejelser.
Tager eksempelbunken som et eksempel, opladningseffekten af Xiaopeng G9 (800V platform)med den samme 100-graders batteripakkeer næsten 2 gangedet af JK 001(400V platform).
04.Hvad er vanskelighederne i den nuværende 800V-systemapplikation?
Den største vanskelighed ved 800V-applikation er stadig uadskillelig fra omkostningerne.
Denne omkostning er opdelt i to dele: komponentomkostninger og udviklingsomkostninger.
Lad os starte med prisen på dele.
Højspændingsenheder er dyre og bruges i store mængder.Designet af den samlede 1200-spændings højspændingsenhed med fuld 800V arkitektur bruger mere end30 og mindst 12SiC til modeller med to motorer.
Fra september 2021 er udsalgsprisen på 100-A diskrete SiC MOSFET'er (650 V og 1.200 V) næsten 3 gangeprisen på en tilsvarende Si IGBT.[4]
Fra den 11. oktober 2022 erfarede jeg, at detailprisforskellen mellem to Infineon IGBT'er og SiC MOSFET'er med lignende ydeevnespecifikationer er omkring 2,5 gange.(Datakilde Infineon officielle hjemmeside 11. oktober 2022)
Baseret på ovenstående to datakilder kan det grundlæggende anses for, at det nuværende markeds SiC er omkring 3 gange prisforskellen på IGBT.
Den anden er udviklingsomkostningerne.
Da de fleste af de 800V-relaterede dele skal redesignes og verificeres, er testvolumen større end for små iterative produkter.
Noget af testudstyret i 400V-æraen vil ikke være egnet til 800V-produkter, og nyt testudstyr skal købes.
Det første parti af OEM'er, der bruger 800V nye produkter, skal normalt dele mere eksperimentelle udviklingsomkostninger med komponentleverandører.
OEM'er vil på nuværende tidspunkt vælge 800V produkter fra etablerede leverandører af hensyn til forsigtighed, og udviklingsomkostningerne for etablerede leverandører vil være relativt højere.
Ifølge estimeringen af en bilingeniør fra en OEM i 2021 vil prisen på et rent elektrisk køretøj på 400 kW-niveau med en fuld 800V-arkitektur og et dobbeltmotoret 400kW-system stige fra 400V til 800V, og omkostningerne vil stige med ca10.000-20.000 yuan.
Den tredje er 800V-systemets lave omkostninger.
Tager vi en ren elkunde, der bruger en opladningsbunke til hjemmet som et eksempel, idet vi antager en opladningsomkostning på 0,5 yuan/kWh og et strømforbrug på 20kWh/100 km (typisk strømforbrug for højhastighedstogt på mellemstore og store EV-modeller), kan de nuværende stigende omkostninger ved 800V-systemet bruges af kunden i 10-200.000 kilometer.
Energiomkostningerne sparet ved effektivitetsforbedringen i køretøjets livscyklus (baseret på effektivitetsforbedringen af højspændingsplatformen og SiC, estimerer forfatteren groft effektivitetsgevinsten på 3-5%)kan ikke dække stigningen i bilpriserne.
Der er også en markedsbegrænsning for 800V-modeller.
Fordelene ved 800V-platformen med hensyn til økonomi er ikke indlysende, så den er velegnet til højtydende B+/C-klasse modeller, der har den ultimative jagt på køretøjets ydeevne og er relativt ufølsomme over for prisen på et enkelt køretøj.
Denne type køretøj har en relativt lille markedsandel.
Ifølge opdelingen af data fra Passenger Federation, fra januar til august 2022, ifølge prisklasseanalysen af nye energikøretøjer i Kina, udgjorde salgsmængden på 200.000-300.000 22%, udgjorde salget af 300.000 til 400.00016 %, og salget på mere end 400.000 tegnede sig for4 %.
Tager man prisen på 300.000 køretøjer som grænsen, i den periode, hvor prisen på 800V-komponenter ikke reduceres væsentligt, kan 800V-modeller tegne sig for omkring 20% af markedsandelen.
For det fjerde er forsyningskæden med 800V dele umoden.
800V systemapplikationen kræver omudvikling af de originale højspændingskredsløbsdele.Højspændingsplatformbatterier, elektriske drev, opladere, termiske styringssystemer og dele, det meste af Tire1 og Tire2 er stadig i udviklingsstadiet og har ingen erfaring med masseproduktionsapplikationer. Der er få leverandører til OEM'er, og relativt modne produkter er tilbøjelige til at dukke op på grund af uventede faktorer. produktivitetsproblemer.
For det femte er 800V eftermarkedet undervalideret.
800V-systemet bruger mange nyudviklede produkter (motorinverter, motorhus, batteri, oplader + DCDC, højspændingsstik, højspændingsklimaanlæg osv.), og det er nødvendigt at verificere frigang, krybeafstand, isolering, EMC, varmeafledning osv.
På nuværende tidspunkt er produktudviklings- og verifikationscyklussen på det indenlandske nye energimarked kort (normalt er udviklingscyklussen for nye projekter i gamle joint ventures 5-6 år, og den nuværende udviklingscyklus på hjemmemarkedet er mindre end 3 år ).Samtidig er den faktiske bilmarkedsinspektionstid for 800V-produkter utilstrækkelig, og sandsynligheden for efterfølgende eftersalg er relativt høj. .
For det sjette er den praktiske anvendelsesværdi af 800V system hurtigopladning ikke høj.
Når bilfirmaer promoverer 250kW,480kW (800V)højeffekts superhurtig opladning, offentliggør de normalt antallet af byer, hvor ladebunkerne er lagt, med det formål at guide forbrugerne til at tro, at de kan nyde denne oplevelse når som helst efter at have købt en bil, men virkeligheden er ikke så god.
Der er tre hovedbegrænsninger:
Xiaopeng G9 800V højspændingshurtigopladningsbrochure
(1) 800V opladningsbunker vil blive tilføjet.
På nuværende tidspunkt understøtter de mere almindelige DC-ladebunker på markedet en maksimal spænding på 500V/750V og en begrænset strømstyrke på 250A, hvilket ikke kan give fuldt spil tilhurtigopladningsevnen i et 800V system(300-400kW).
(2) Der er begrænsninger på den maksimale effekt af 800V overladede pæle.
Tager Xiaopeng S4 supercharger (højtryks væskekøling)for eksempel er den maksimale ladekapacitet 480kW/670A.På grund af begrænsningen af elnettets kapacitet, understøtter demonstrationsstationen kun opladning af enkeltbiler, som kan udøve den højeste ladeeffekt af 800V-modeller. I myldretiden vil samtidig opladning af flere køretøjer forårsage strømafledning.
Ifølge eksemplet med strømforsyningsprofessionelle: Skoler med mere end 3.000 elever i det østlige kystområde ansøger om en kapacitet på 600 kVA, som kan understøtte en 480 kW 800 V superladet bunke baseret på et estimat på 80 % effektivitet.
(3) Investeringsomkostningerne for 800V superladede pæle er høje.
Det drejer sig om transformere, pæle, energilager osv. De faktiske omkostninger vurderes at være større end vekselstationens, og muligheden for storstilet udbygning er lav.
800V supercharge er kun prikken over i'et, så hvilken slags ladeanlæg kan forbedre opladningsoplevelsen?
2022 Højhastighedsopladningsfelt for ferie
05.Forestilling om indretningen af ladefaciliteter i fremtiden
På nuværende tidspunkt er forholdet mellem køretøjer og pæle i hele den indenlandske ladebunkeinfrastruktur (inklusive offentlige pæle + private pæle)er stadig på niveauet omkring 3:1(baseret på 2021-data).
Med stigningen i salget af nye energikøretøjer og lindring af forbrugernes bekymringer om opladning er det nødvendigt at øge forholdet mellem køretøjer og bunker. Forskellige specifikationer af hurtigopladningsbunker og langsomopladningsbunker kan med rimelighed arrangeres i destinationsscenarier og hurtigopladningsscenarier for at forbedre opladningsoplevelsen. For at forbedre, og kan virkelig balancere nettet belastning.
Den første er destinationsopladning, opladning uden ekstra ventetid:
(1) Boligparkeringspladser: Der bygges et stort antal fælles og velordnede langsomme ladepæle inden for 7kW, og oliekøretøjer prioriteres at parkere ikke-nye energiparkeringspladser, som kan opfylde beboernes behov, og udlægningsomkostningerne er relativt lav, og den velordnede kontrolmetode kan også undgå at overskride det regionale elnet. kapacitet.
(2) Indkøbscentre/naturskønne steder/industriparker/kontorbygninger/hoteller og andre parkeringspladser: 20kW hurtigopladning suppleres, og der bygges et stort antal 7kW langsom opladning.Udviklingsside: lave omkostninger ved langsom opladning og ingen udvidelsesomkostninger; forbrugerside: undgå at optage plads/flytte biler efter hurtigopladning er fuldt opladet i løbet af kort tid.
Den anden er hurtig energigenopfyldning, hvordan man sparer det samlede energiforbrugstid:
(1) Expressway-serviceområde: Oprethold det nuværende antal hurtigopladninger, begræns strengt den øvre grænse for opladning (såsom 90%-85% af toppen) og sørg for opladningshastigheden for langdistancekøretøjer.
(2) Tankstationer nær motorvejsindgangen i større byer/byer: Konfigurer hurtigopladning med høj effekt, og begræns strengt den øvre grænse for opladning (såsom 90%-85% ved spidsbelastning), som et supplement til højhastighedstjenesteområdet, tæt på langdistancekørsel af nye energibrugeres efterspørgsel, og samtidig udstråle by/by-grundladningskravet.Bemærk: Normalt er jordtankstationen udstyret med en elektrisk kapacitet på 250kVA, som groft sagt kan understøtte to 100kW hurtigopladningsbunker på samme tid.
(3) Bytankstation/friluftsparkeringsplads: Konfigurer hurtigopladning med høj effekt for at begrænse den øvre grænse for opladning.På nuværende tidspunkt indsætter PetroChina hurtigopladnings-/udvekslingsfaciliteter i det nye energifelt, og det forventes, at flere og flere tankstationer vil blive udstyret med hurtigladebunker i fremtiden.
Bemærk: Den geografiske placering af selve tankstationen/friluftsparkeringspladsen er tæt på vejkanten, og bygningsegenskaberne er mere tydelige, hvilket er bekvemt for opkrævende kunder for hurtigt at finde bunken og forlade stedet hurtigt.
06.Skriv til sidst
På nuværende tidspunkt står 800V-systemet stadig over for mange vanskeligheder med hensyn til omkostninger, teknologi og infrastruktur. Disse vanskeligheder er den eneste vej til innovation og udvikling af ny energikøretøjsteknologi og industriel iteration. etape.
Kinesiske bilfirmaer, med deres hurtige og effektive tekniske applikationskapaciteter, vil muligvis være i stand til at realisere et stort antal hurtige anvendelser af 800V-systemer og tage føringen i førende teknologitrenden inden for nye energikøretøjer.
Kinesiske forbrugere vil også være de første til at nyde den højkvalitets køretøjsoplevelse, der er skabt af teknologiske fremskridt.Det er ikke længere som i brændstofbilernes æra, hvor indenlandske forbrugere køber gamle modeller fra multinationale bilselskaber, gammel teknologi eller teknologikastrerede produkter.
Referencer:
[1] Honda Technology Research: Udvikling af motor og PCU til et SPORT HYBRID i-MMD-system
[2] Han Fen, Zhang Yanxiao, Shi Hao. Anvendelse af SiC MOSFET i Boost-kredsløb [J]. Industriel instrumenterings- og automationsenhed, 2021(000-006).
[3] Koji Yamaguchi, Kenshiro Katsura, Tatsuro Yamada, Yukihiko Sato .High Power Density SiC-baseret inverter med en Power Density på 70 kW/liter eller 50 kW/kg[J]. IEEJ Journal of Industry Applications
[4] PGC-konsulentartikel: Opgørelse af SiC, del 1: en gennemgang af SiC-omkostningernes konkurrenceevne og en køreplan for at sænke omkostningerne
Indlægstid: 21. oktober 2022