1、李想看高壓系統(tǒng)架構(gòu)
李想的發(fā)言,從用戶需求,市場(chǎng)需求,市場(chǎng)現(xiàn)狀及市場(chǎng)發(fā)展,產(chǎn)品ROI等多維度做了非常深刻的闡述:(摘自晚點(diǎn)Auto公眾號(hào))
第三條路是什么?絕大部分企業(yè)充電樁都不賺錢(qián)。因?yàn)槌潆姌兑惶熳龅?6~7 單才能收支平衡。做到 10 單,盈利狀況就會(huì)好于加油站。
但今天充電樁普遍是 2~3 單 / 天,幾乎都是賠錢(qián)的。所以大家普遍的算法是,把平均只能用 5 年的充電樁的成本分?jǐn)偟?10 年,這樣去增加盈利和減少虧損。
充電樁的原理其實(shí)跟餐廳一樣,就是一個(gè)翻桌率。你充電一個(gè)小時(shí)才能充滿,這時(shí)用戶如果中間吃個(gè)飯回來(lái),那兩三個(gè)小時(shí)過(guò)去了,很容易造成一天就 2~3 單。我們自己測(cè)算一下,如果能把充電時(shí)間縮短到 20 分鐘之內(nèi),用戶就不會(huì)離車。如果縮短到 10 分鐘,整個(gè)體驗(yàn)就基本跟燃油車完全一致了。
這就是我們?cè)谧龅?mdash;—快充。它有兩個(gè)核心:一是必須用高壓平臺(tái),這才能做到這樣的充電速度。高壓平臺(tái)還能帶來(lái)第二個(gè)好處,當(dāng)我們使用碳化硅配合高壓平臺(tái),再配合比較好的封裝技術(shù),電池成本還可以大幅下降,我們自己現(xiàn)在也在做碳化硅模塊,自己做三合一電機(jī),這都是跟整體效率息息相關(guān)的。
把這些東西做好后,我們相比今天主流的 400 V 平臺(tái),在相同尺寸和驅(qū)動(dòng)形式下,還可以一輛車降 3~4 萬(wàn)塊錢(qián)的零部件成本。
我們自己始終堅(jiān)信,如果我們要賣電動(dòng)車充電樁,對(duì)我們而言它是產(chǎn)品本身,不是服務(wù)。如果我們提供 4c 的車,但沒(méi)有 4c 的完善充電網(wǎng)絡(luò),就相當(dāng)于賣了一個(gè) 4G 手機(jī),但你還是 2G 網(wǎng)。所以大家完全不用擔(dān)心我們鋪充電樁的速度和決心,也沒(méi)有大家想得那么貴。
所以增程和高壓快充,是我們往后到 2030 年,仍會(huì)堅(jiān)持同時(shí)往前走的兩個(gè)核心路線。無(wú)論是增程,還是高壓,核心目的就是解決充電問(wèn)題,給用戶兩種不同選擇。
從各個(gè)方面可以看到,800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)就是新能源汽車的未來(lái),如下是民生證券提供的800V車型銷量預(yù)估;
如下是目前各大廠推的800V/100V車型規(guī)劃
2、什么是800V系統(tǒng),為什么800V能降成本
800V高壓系統(tǒng)的稱呼源自于整車電氣角度。當(dāng)前主流新能源整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍一般為230V-450V,取中間值400V,籠統(tǒng)稱之為400V系統(tǒng);而伴隨著快充應(yīng)用,整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達(dá)到550-930V,取中間值800V,可籠統(tǒng)稱之為800V系統(tǒng)。
800V降本,一個(gè)比較好的理解是,同等功率情況下,可以降低電流 (P=VxI,V高一倍,理論I可以一半),電流降低,配電系統(tǒng)及高壓線束系統(tǒng)都可以降低成本;
然而,800V不是一個(gè)獨(dú)立的器件,而是它涉及到大三電、小三電、配電、熱管理等
如下是聯(lián)合汽車電子總結(jié)的800V和400V從系統(tǒng)層面的對(duì)比及降本
3、800V系統(tǒng)下的整車系統(tǒng)架構(gòu)
聯(lián)合電子作為頂級(jí)的Tier1,在文章 《800V高壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力和系統(tǒng)架構(gòu)分析——架構(gòu)選擇和產(chǎn)品挑戰(zhàn)是什么?》中對(duì)比了不同的800V系統(tǒng)架構(gòu)以及優(yōu)劣勢(shì)
有碳化硅技術(shù)加持的800V高壓系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢(shì),從趨勢(shì)上判斷800V高壓系統(tǒng)未來(lái)將成為大功率充電技術(shù)(>200kW)的主流方案。
但是,技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的,受產(chǎn)業(yè)鏈慣性影響,800V充電樁以及800V車載高壓部件等配套短期內(nèi)還不完善,不足以支撐終極800V高壓系統(tǒng)的快速推廣,當(dāng)下需要重點(diǎn)考慮兩點(diǎn):兼容400V充電樁和800V充電樁應(yīng)用;兼容某些400V車載部件應(yīng)用。這就衍生出五種不同的800V高壓系統(tǒng)下汽車系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案,如下表:
第一種方案:車載部件全系800V,電驅(qū)升壓兼容400V直流樁方案。其典型特征是:直流快充、交流慢充、電驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力電池、高壓部件均為800V;通過(guò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升壓,兼容400V 直流充電樁。
圖2 第一種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖
第二種方案:車載部件全系800V,新增DCDC兼容400V直流樁方案。其典型特征是:直流快充、交流慢充、電驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力電池、高壓部件均為800V;通過(guò)新增400V-800V DCDC升壓,兼容400V 直流充電樁。
圖3 第二種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖
第三種方案:車載部件全系800V,動(dòng)力電池靈活輸出400V和800V,兼容400V直流樁方案。其典型特征是:直流快充、交流慢充、電驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力電池、高壓部件均為800V;2個(gè)400V動(dòng)力電池串并聯(lián),通過(guò)繼電器切換靈活輸出400V和800V,兼容400V直流充電樁。
圖4 第三種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖
第四種方案:僅直流快充相關(guān)部件為800V,其余部件維持400V,新增DCDC部件進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換器方案。其典型特征是:僅直流快充和動(dòng)力電池為800V;交流慢充、電驅(qū)動(dòng)、高壓部件均為400V;新增400V-800V DCDC,實(shí)現(xiàn)400V部件與800V動(dòng)力電池之間的電壓轉(zhuǎn)換,兼容400V 直流充電樁。
圖5 第四種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖
第五種方案:僅直流快充相關(guān)部件為800V,其余部件維持400V,動(dòng)力電池靈活輸出400V和800V方案。其典型特征是:僅直流快充為800V;交流慢充、電驅(qū)動(dòng)、負(fù)載均為400V;2個(gè)400V動(dòng)力電池串并聯(lián),通過(guò)繼電器切換靈活輸出400V和800V,兼容400V和800V 直流充電樁。
圖6 第五種800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖
圖1 常見(jiàn)800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)綜合比較圖
4、800V系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
整車400V系統(tǒng)升級(jí)到800V高壓系統(tǒng),直接的影響是電氣電壓提升帶來(lái)耐壓和絕緣的可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題,這個(gè)是對(duì)所有三電部件的共性問(wèn)題;潛在的影響有充電功率提升、驅(qū)動(dòng)功率提升以及碳化硅技術(shù)的極致發(fā)揮帶來(lái)三電產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的諸多挑戰(zhàn):
三電部件共性耐壓絕緣設(shè)計(jì)挑戰(zhàn):
常規(guī)設(shè)計(jì)方面,一者電氣部件主功率回路相關(guān)的電氣間隙、爬電距離要重新設(shè)計(jì);二者高低壓部件的信號(hào)隔離回路也需要重新設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)耐壓絕緣問(wèn)題;三者使用更高耐壓的絕緣材料。特殊設(shè)計(jì)方面,比如涉及到電氣、磁、熱、機(jī)械等多方面因素的電機(jī)部件,可能存在局部放電問(wèn)題。
電池包技術(shù)挑戰(zhàn):
充電功率提升后,電芯充電倍率將由1C提升到>=3C。在高充電倍率下,一方面將造成活性物質(zhì)的損失,影響電池容量和壽命;另一方面,鋰枝晶一旦刺穿隔膜,將導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,造成起火等安全風(fēng)險(xiǎn)。
電機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn):
直流母線電壓提升后,電機(jī)的絕緣距離增加較多,需要考慮額外的絕緣設(shè)計(jì),同時(shí)高電壓會(huì)導(dǎo)致“電暈”現(xiàn)象產(chǎn)生,如何保證全壽命電疲勞是一個(gè)對(duì)成本和技術(shù)的雙重考驗(yàn)。另外由于電壓的提升,改變了原400V電機(jī)功率扭矩配比,需要重新為800V設(shè)計(jì)電磁方案,勢(shì)必帶來(lái)產(chǎn)線投資的增加。除此之外還有軸電流導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)加劇的挑戰(zhàn)。綜合而言,在800V架構(gòu)下,如何以較低的成本來(lái)滿足客戶的扭矩、功率和效率要求,需要一定技術(shù)門(mén)檻,是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
電機(jī)控制器技術(shù)挑戰(zhàn):
首先,800V電機(jī)控制器設(shè)計(jì)必須考慮高功率密度、高耐熱、高頻率切換應(yīng)用下的產(chǎn)品可靠性。其次,伴隨著800V電壓以及碳化硅逆變器頻率的提升,逆變器內(nèi)部du/dt大幅提升,這帶來(lái)逆變器EMC設(shè)計(jì)的巨大挑戰(zhàn)。
其他部件技術(shù)挑戰(zhàn):
800V OBC、800V DCDC、800V電池高壓繼電器/熔斷器/連接器、充電樁等都需要進(jìn)行升級(jí),這對(duì)汽車研發(fā)設(shè)計(jì)者帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。
5、800V對(duì)BMS及AFE的挑戰(zhàn)
BMS專家胡搖扇指出:(BMS的推薦關(guān)注大神公眾號(hào) “新能源BMS”)400V平臺(tái)的串聯(lián)電芯典型數(shù)量為96s,而800V平臺(tái)的串聯(lián)電芯典型數(shù)量就為192s,這樣帶來(lái)的直接影響就是AFE數(shù)量的翻倍、成本的提高。
更多的電芯帶來(lái)更大的數(shù)據(jù)量,為了不增加單體狀態(tài)信息的傳輸時(shí)間間隔,可能需要提高菊花鏈通信的速率,例如目前從1Mbps提高到2Mbps;
現(xiàn)在主流廠家的AFE支持的通信波特率都提高到了2Mbps
但是通信波特率的提升,也帶來(lái)了新的問(wèn)題,例如通信網(wǎng)絡(luò)變壓器的性能需要重新匹配驗(yàn)證(例如低溫下的通信誤碼率)、通信端口的阻容匹配也要重新做(例如共模濾波電容),還有引起EMC新的輻射超標(biāo)問(wèn)題。