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为什么我们认为整车800V技术会提前应用?

2018年的岁月,NE期间被问到了一个题目,什么岁月能显现800V的EV?当时咱们粗略下了云云一个结论:“高压平台是改日成长的目标,但短期内不会有产物推出,800V平

2018年的岁月,NE期间被问到了一个题目,什么岁月能显现800V的EV?当时咱们粗略下了云云一个结论:“高压平台是改日成长的目标,但短期内不会有产物推出,800V平台的大范畴量产应当正在2023年摆布,而且将会先正在阔绰车品牌上落地”,当时有这个预判的缘由是咱们以为干系本领和物业链需求时辰正在2023年到达撑持其本钱到民用级秤谌。

然而正在2021年上海车展上诸众车企的动向阐述咱们的预判大概趋于落伍了。北汽极狐αS 和华为合营的Hi版搭配华为的高压三电平台是国内首个实行800V高压平台量产发卖的车型,保时捷正在两年前率先量产了800V电压平台,其他欧洲车企正在欧洲上市车型均采用800V高压平台;2022年前后将会有更众高压车型落地中国,比亚迪发表其e平台3.0版本将支撑800V闪充;广汽AionY推出依据800V以上电压将实行 8分钟充电80%的超等疾充;奇瑞的鲲鹏混动将会推出800V的PHEV计划;当代即将量产的E-GMP支撑400/800V的疾充。搭载高压架构的车型越来越趋势于经济型定位,阐述800V本领的发达无论是时辰照样可笼罩的车型级别都要疾于咱们当时的判决。

目前800V的好处,最明显的一点即是充电时辰的提拔,改良消费者的体验;为了提拔电动车较燃油车的比赛力,车企对这一本领的利用必然是急切的,但转折为800V的直流母线电压后大概显现的诸众题目是否线日中汽核心结构的新能源汽车电驱动体例国际换取会上,物业“高压化”这一话题被各个专家一再提起,再一次执意了行业向高压化成长的决心。

电压升高从此激发的题目是,是否会给高压安宁带来更大的寻事,从400V到800V终归是量变照样质变?

正在由IEC(国际电工委员会)制订的准绳 IEC 60038 中界说了一系列高压及低压供电体例的电压准绳。个中直流电压120-1500V界说为低压,正在这一电压界限内,无论是400V,照样800V,面临的题目都是触电的危害。

《IEC 60038 准绳电压》中1500V以下危害都是以触电为主现正在的电动车大片面都采用了IT电网来保障高压安宁,即车内的高压部件的外壳都和车身搭铁等电位联接,电源侧不接地,不与车身联接,若是某个高压部件显现泄电的状况,人接触泄电部件后,并不会变成闭合回途,也就不会变成电流。而倘使显现两个泄电挫折的状况,就割断高压供电体例,从而避免显现职员触电的危害。因为800V的电压并未显现电弧的危害,关于整车高压防护战略带来的安宁寻事并不大,怎么保证电压抬高后高压部件的安宁和牢靠性题目则至合要紧。高压元器件耐压器件告终本领储藏,本钱有提拔要正在额定电压下陆续处事的高压元器件必必要依照耐压举行从新选型。这个中以Si-IGBT首当其冲,正在电机限定器、OBC、DC-DC、PTC、电动压缩机中均有利用。电机限定器正在处事经过中会正在直流母线电压根本上出现电压浮动,如下图所示,450V的直流母线电压下,IGBT正在模块经受的最大电压正在650V摆布,目前英飞凌、富士电机、三菱等功率器件厂商推出器件也以600、750V耐压为主;倘使直流母线V以上,那么对应的功率器件耐压则需求抬高到1200V摆布。

450V母线电压下IGBT现实的耐压需求挨近650V英飞凌、富士、罗姆等功率器件厂商正在2019年摆布就有1200V耐压的汽车级IGBT模块面世,关于800V的平台而言,供应链曾经相对成熟。由于1200V耐压品级的Si-IGBT商场比赛较750V耐压的要相对和缓,功率器件的本钱大概会有些许的升高,但随之而来更首要的题目是高耐压的IGBT阻抗升高,频率职能消浸,鄙人图中,能够昭着看到正在一概的频率下,由400V升高到800V后,Si-IGBT器件的导通损耗、开合损耗都有明显的上升,就单个部件来说,会显现为了抬高耐压,而显现本钱上升,但效劳消浸的题目。

800V直流母线电压下Si-IGBT的功率吃亏升高关于800V平台再有一个采用即是SiC的利用,SiC因为其高耐压的特征,正在1200V的耐压下阻抗远低于Si,对应的导通损耗会相应低落,同时因为SiC能够正在1200V耐压下采用MOSFET封装,能够大幅低落开合损耗,这将大幅抬高功率器件的能耗,有钻研指出,利用1200V的碳化硅模块较750V的IGBT模块能够将整车能耗低落7.9%;但目前阶段,SiC的产能范畴、良率等都存正在题目,变成其本钱大概要远高于Si-IGBT,据行业内人士指出,二者目前本钱差异正在3倍以上。除了IGBT除外,继电器、熔断器、薄膜电容等器件也会受到电压升高的影响和寻事。关于继电器的酌量要紧因为统一款继电器自身正在处事电压升高后,其电气寿命会显现消浸,这使得继电器正在根本的寿命需求下,更高的耐压值就意味着更高的本钱。熔断器、薄膜电容等也面对着相似的题目,跟着额定电压的提拔,器件的本钱也会有所推广。

额定电压的提拔对继电器电气寿命存正在较大寻事总体来说800V确实会带来少少物料本钱层面的提拔,但倘使采用1200V的Si-IGBT,关于偏经济型定位的车型,短期内推广的本钱照样能够逐渐被消化的,一方面是整车充电职能提拔带来的溢价,另一方面是电芯本钱的陆续消浸为这片面本钱的推广供给了空间,对整车售价和OEM的收益秤谌并不会出现太大的影响。而当改日SiC的利用范畴增添,其本钱将会跟着范畴和良率的上升逐渐消浸;乃至跟着SiC的利用,进一步的低落电池电量,正在整车层级节约更众的物料本钱。800V提拔对绝缘体例牢靠性的寻事而正在绝缘资料利用层面,800V对大片面绝缘资料自身的寻事并不大,如正在高压线束的绝缘层寻常选用硅橡胶和XLPE(交联聚乙烯 )等资料,这些资料每1mm的击穿电压值都正在25kV以上,只提拔400V带来的寻事有限;如环氧树脂、工程塑料、漆包线V以上,电职能并非目前这些资料的要紧门槛。但怎么保证绝缘体例的牢靠性则是要紧困难。

电机内部是最杂乱的绝缘计划利用场景,涉及到电气、磁、热、呆板等众方面成分的影响和限制,绝缘计划的牢靠性至合要紧;就例如部分放电题目的处理,单单凭借绝缘资料自身是亏折的,如下图所示,一朝电机绕组中导线之间或导线和叠片之间绝缘体例有缺陷或受毁伤(图示中为绝缘体例内部有空穴),那么高电压出现的电场则会导致这一相似电容的构造被击穿,出现部分电流,这片面电流将会逐渐损害绝缘资料,出现热量加快电机绝缘体例的老化,最终变成失效。由400V平台升级到800V平台后,对杜绝部分放电征象的寻事就更大了。

电机部分放电的道理图据悉,华为为了打破油冷电驱体例高压化,正在绝缘体例方面,参加了大宗的人力和时辰,通过与高校以及科研机构展开细致表面钻研,以及杂乱的耐久及兼容性试验,竖立了一套圆满的高压油冷绝缘体例验证以及验收系统。通过对介电应力系数、加工降额系数、温度/气压降额系数等的一系列量化,从表面以及实习上充实验证了该高压油冷体例的牢靠性。或许餍足区别的客户公里数需求、区别的运转工况等,举行准确的绝缘体例安排和选型。极端是正在耐电晕侵蚀、耐高部分放电开始电压等方面,通过百般耐久及加快试验,实行了高压油冷绝缘系统高牢靠性。寻事高电压对电机带来轴承耐侵蚀寻事除了耐压、绝缘的题目除外,电压升高会增大对电机轴承耐压职能的寻事。因为直流母线电压提拔,对应的电流消浸,电机正在单元电流下能提拔的扭矩将会大幅提拔,这导致电机的匝数翻倍,绕组、磁链等都需求从新安排,除此除外再有轴电流导致的失效危害加剧的寻事。轴电流是由于电机运转经过中,磁通量过错称、静电效应、逆变器感觉电压等成分导电机轴上出现最大与母线电压左近的共模电压,有干系钻研流露,寻常轴承之间的润滑膜能够经受最大21V的电压差,但而正在300V的平台下,轴承电压差最高能够到达30V,导致润滑油脂被击穿,从而出现轴电流,对金属部件变成电侵蚀,个中轴承失效的危害最大,有钻研指出40%以上的电机失效是轴电流导致的电机轴承失效题目。而跟着母线V以上,轴承失效的危害也会大幅提拔。

轴承内润滑油脂被击穿后将会出现轴电流目前行业的处理计划寻常用导电环将电机轴直接接地,利用陶瓷轴承、或者更高绝缘职能的油脂来抬高阻抗制止电流巨细,或者采用限定战略来低落共模电压从而消减轴电流的出现。为应对这一题目,华为智能电动周围副总裁彭鹏于本年5月12日正在中汽核心举办的“新能源汽车电驱动体例国际换取会”中提及,华为采用了“ 富兰克林”专利导流计划,推广出格的旁途导电回途来开释轴电压和轴电流,有用低落轴承间油膜被击穿的危害。同时华为采用专利配比的导电油脂,具有优异的导电特征和兼容性,耐温耐压,进一步避免轴承电侵蚀的出现。经测试验证,专利导流计划有用低落峰值轴电压20倍,到达安宁阈值以内。正在耐久台架比照测试中,华为高压油冷电机比业界广泛水冷电机正在无别的测试条目下,利用寿命众2倍,较业界有更高的牢靠性及更优的NVH发挥。

华为采用“富兰克林”专利导流立异本领处理轴承电侵蚀困难E2E零部件的物业化不再是题目以上是本领上的寻事和题目,除此除外再有物业化的题目,关于全面800V系统,零部件厂商需求基于新的资料和安排计划举行从新开拓和验证,这个中需求参加必定的开拓本钱, 倘使没有空阔的商场前景,那么零部件供应商势必短缺开拓这类产物的动力。这也是为什么保时捷Taycan不得晦气用了400V的空调压缩机的缘由。正在本次上海车展上,咱们看到了诸众零部件厂商曾经有公然涌现其800V的高压产物。

如电动压缩机这一产物,咱们正在上海车展就有看到两家供应商展出相应产物,马勒展出了其800V的压缩机逆变器,专为800V的平台开拓,该产物曾经量产计算停当。除了马勒除外,本土企业美的威灵也展出了一套兼容400V/800V的电动压缩机产物。正在PTC方面,博格华纳展出的液体加热器也供给了兼容800V电压可选项。而正在电驱动体例方面也是汹涌澎拜;日立和马瑞利两家直接展出了其直接利用正在Taycan上800V安排的电驱动部件。除了量产的产物外,也有少少供应商推出了处于开拓中的800V的驱动体例干系产物,博格华纳正在展台上先容了正处于开拓中的800V的SiC限定器。而汇川、美桥等均展出了其能够兼容800V平台的产物。除了片面推出单个部件的处理计划的供应商外,华为正在本次上海车展涌现的全栈动力域高压产物,均支撑800V的高压,这套全栈式高压处理计划,正在本年搭载北汽极狐阿尔法S的HI版本量产上市。

华为的全栈高压处理计划正在2021年已到达量产状况结语高压800V带来更纷歧律的用户体验,但为了保证干系部件的牢靠性,带来了更众的本领寻事,这将会导致片面物料本钱的升高和出格的开拓本钱。但以本日为时辰节点来看,咱们能够创造各方面的本领题目都曾经有可落地的处理计划,剩下的即是本钱题目了。 但正在电动车成长旅途上的诸众案例告诉咱们,本钱题目是能够跟着商场的增添和本领的演进来处理的。处理这一题目往往需求的是“第一胀励力”。

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作者: sheep

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