东风汽车发力800V高压平台及关键技术
在大功率,能量补充快等优势的吸引下,越来越多的车企开始跟进800V的布局因此,高压技术无疑是未来新能源汽车产业的重要发展趋势
技术还在概念阶段的时候,往往看起来很遥远一旦它开始接触地面,它的进展往往会超出预期800V技术飞速发展,如何从400V过渡到800V平台具体挑战是什么一系列问题的讨论如火如荼,东风汽车在新技术的研究上也形成了自己的观点
总的趋势是很多厂商竞相布局。
2020年11月,国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划》正式稿,对充换电点基础设施做出了指示性要求,指出了以慢充为主的家用充电格局和以快充为主的公共充电格局这也预示着智能化和大功率的技术方向
里程焦虑和能量补充焦虑是新能源车主中长期存在的问题目前大功率充电的需求体现在车型和区域两个方面
车型方面,电动汽车续航里程逐渐集中在400km以上,长续航里程汽车电池容量大,必然需要大功率充电,此外,租车网等运营车辆耗电量大,对充电时间极为敏感,因此其车主对充电速度也有迫切需求。
从地区来看,大功率充电需求主要集中在特大城市和高速公路在北上广深等停车位紧张的特大城市,家庭不容易有可以安装充电桩的停车位,导致对大功率公共快速充电桩的需求,而且伴随着电动车的普及,长途出行是必然趋势目前,节假日期间高速公路服务区出现了电动车排队等候的现象,现有充电技术无法满足大量充电车辆的快速能量补充需求
目前400V平台最大充电功率为200kW,已经不能满足大功率充电需求众所周知,电动汽车的充电速度主要取决于充电功率根据电功率公式P=UI,提高充电功率的方法无非两种:提高电压或者提高电流所以超快充电的发展有两个技术方向:大电流DC过充和高电压DC过充
可是,增加充电电流意味着更多的热量,更粗更重的线束和更多的安全隐患更高的散热要求带来了更高的成本,这也是目前只有以特斯拉为代表的少数厂商选择这种方案的原因
技术路线上,提高电压比提高电流容易高电压不仅可以显著提高汽车的动力性能和续航里程,还可以减少热量带来的安全隐患所以大部分厂商更愿意提高电压来满足大功率的需求
目前,奔驰,宝马,保时捷,大众等车企都已经采用了高压平台,国内主流新势力和龙头车企也在大功率快充和800V赛道上大力发力从2021年开始,各大汽车厂商开始布局超快充桩业内预测未来750V桩将成为主力,2025年可完成750V桩到1000V桩的高压化,相关调查数据也显示,超87%的用户倾向于选择120kW及以上的大功率充电桩
无论从充电设施的布局还是用户的需求来看,很快会有更多的量产车型应用高压快充技术但是,在新能源汽车高压化的过程中,还有很多高压生态和高压技术问题需要解决
攻克技术难题推进高压系统落地
显然,一项新技术的落地和推广会有各种各样的挑战,首先就是资源的问题高压部分需要高压升级,资源需要保证比如单纯高压电驱动对SiC材料的需求大大增加,基建涉及到桩等车还是桩等车的问题,快充桩和电网建设需要同步跟进
此外,高电压也带来了新的技术问题为了提高电压,高压架构中串联的电池更多,增加了电池管理和平衡的难度此外,高电压波动对器件耐压和结构设计是一个很大的挑战,电机的系统结构和材料性能需要优化在现有低压平台的基础上进行技术扩展和模块化开发还有很多问题需要克服
东风将800V高压系统的关键技术研发归纳为三个方向:高压平台集成与匹配,高压电驱动开发,高压电池组开发。
80V高压系统的典型特征是电压平台,充电电压的提高直接推动了400V电压平台向800V平台的转变在400V向800V过渡期间,平台的兼容性是研发时需要考虑的重要因素,为了兼容400V充电桩,主流的800V架构boost充电方式主要有以下两种方式:BOOST升压,即DC车载充电器将电压提升至800V进行充电,另一种是电动机升压,利用电动机中的电感来储存能量和电荷
三电系统能直接影响车辆的性能,其中电机系统最为重要在高压电驱动的开发上,东风汽车基于现有平台对电机控制器进行了优化设计,包括驱动部件的耐压处理电机的方案是优化定子设计,包括电磁场和绝缘的设计优化
在IGBT模块上,东风采用600A/1200V IGBT,IGBT效率比400V提升1.9%总体来看,无论是最高效率还是大于85%的效率,800V电传动总成系统的动力性能都优于400V
电池系统方面,东风汽车基于一款量产电池进行了优化设计,包括快充模块的重新选择,热管理的优化设计,相关元器件的高压升级以及BMS的二次开发。
东风汽车在设计电池系统技术方案的过程中,将电性能和热性能的要求细化到电芯级别:电芯的充电速率要满足快速充电时间的要求,产热也要与热管理系统相匹配在充放电性能测试中,该方案设计的电池组满足水冷温升和温度要求方面的性能要求
从概念到现实:800V时代还有多远。
虽然高压架构还存在一些挑战,但整体来看,未来800V高压架构将成为下一代电动汽车的主流平台。
伴随着电动汽车普及率的提高,其应用场景增多,需求也会多元化单一的技术路线很难覆盖全球,必须有多种技术和产品布局来适应多样化的市场东风汽车从2019年就开始了高压技术平台的研究,对于即将到来的800V时代,东风汽车也有其愿景
东风汽车希望在加快高压车布局和上市的同时,车企能够逐步开放和共享高压充电桩在不久的将来,800V技术也可以从高端车渗透到经济型车在行业层面,东风汽车号召上下游行业共同推动高压快充行业快速发展,围绕用户多元化能源需求提供多元化能源解决方案,实现数据驱动和服务变现
技术上的变化要经过市场的检验800V离真正落地还有多远市场上总会有消费者用脚投票给出答案届时,能在市场中胜出的玩家,将是那些提前做好入场准备,掌握前瞻性技术的玩家
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