Коли справа доходить до 800 В, нинішні автомобільні компанії в основному рекламують платформу швидкої зарядки 800 В, а споживачі підсвідомо думають, що 800 В — це система швидкої зарядки.
Насправді таке розуміння є дещо неправильним.Якщо бути точним, швидка зарядка високою напругою 800 В є лише однією з особливостей системи 800 В.
У цій статті я маю намір систематично показати читачам відносно повну систему 800 В у п’яти вимірах, включаючи:
1. Що таке система 800 В на новому транспортному засобі?
2. Чому зараз введено 800 В?
3. Які інтуїтивно зрозумілі переваги може дати система 800 В наразі?
4. Які труднощі виникають у поточному застосуванні системи 800 В?
5. Яка можлива схема зарядки в майбутньому?
01.Що таке система 800 В на новому енерготранспортному засобі?
Високовольтна система включає всі високовольтні компоненти на високовольтній платформі.На наступному малюнку показано компоненти високої напруги типовогоновий енергетичний чистий електричний автомобільоснащений платформою з водяним охолодженням напругою 400 Вакумуляторний блок.
Платформа напруги високовольтної системи виводиться з вихідної напруги акумуляторної батареї автомобіля.
Специфічний діапазон платформи напруги різних чисто електричних моделей пов’язаний з кількістю елементів, з’єднаних послідовно в кожній батареї, і типом елементів (трійковий, літій-залізо-фосфатний тощо)..
Серед них кількість потрійних батарейних блоків із 100 осередками становить близько 400 В високої напруги.
Платформа напруги 400 В, яку ми часто говоримо, є широким терміном.Візьмемо для прикладу платформу 400 В Jikrypton 001.Коли потрійна акумуляторна батарея переходить від 100% SOC до 0% SOC, його ширина зміни напруги близька до100 В (приблизно 350-450 В).).
Тривимірний малюнок акумуляторної батареї високої напруги
Згідно з поточною високовольтною платформою 400 В, усі частини та компоненти високовольтної системи працюють під напругою 400 В, а проектування параметрів, розробка та перевірка виконуються відповідно до рівня напруги 400 В.
Для досягнення повної системи високовольтної платформи 800 В, перш за все, з точки зору напруги акумуляторної батареї, потрібно використовувати акумуляторну батарею 800 В, що відповідає приблизно 200потрійний літійбатареї послідовно.
Далі йдуть двигуни, кондиціонери, зарядні пристрої, підтримка DCDC 800 В і відповідні джгути проводів, високовольтні роз’єми та інші частини всіх високовольтних ланцюгів розроблені, розроблені та перевірені відповідно до вимог 800 В.
У розробці архітектури платформи 800 В, щоб бути сумісною з купами швидкої зарядки 500 В/750 В на ринку, чисті електромобілі 800 В будуть оснащені модулями DCDC від 400 В до 800 В.довго.
Його функція полягає в тому, щобсвоєчасно вирішити, чи активувати модуль підвищення для заряджання акумуляторної батареї 800 В відповідно до фактичної напругизарядна купа .
Відповідно до комбінації показників витрат, існує приблизно два типи:
Однією з них є повна архітектура платформи 800 В.
Усі частини транспортного засобу в цій архітектурі розраховані на 800 В.
Повна архітектура системи високої напруги 800 В
Друга категорія є економічно ефективною частиною архітектури платформи 800V.
Збережіть деякі компоненти на 400 В: Оскільки вартість поточних комутаційних пристроїв на 800 В у декілька разів перевищує вартість IGBT на 400 В, щоб збалансувати вартість усього транспортного засобу та ефективність приводу, виробники оригінального обладнання мотивовані використовувати компоненти на 800 В.(наприклад, двигуни)наЗберігайте деталі на 400 В(наприклад, електричний кондиціонер, DCDC).
Мультиплексування силових пристроїв двигуна: Оскільки немає потреби їздити під час процесу заряджання, чутливі до витрат виробники обладнання повторно використовуватимуть пристрої живлення в контролері двигуна задньої осі для 400-800 DCDC.
Архітектура платформи системи живлення 800 В
02.Чому транспортні засоби з новою енергією використовують системи 800 В саме зараз?
Під час щоденної їзди сучасних електромобілів близько 80% електроенергії споживається приводним двигуном.
Інвертор, або контролер двигуна, керує електродвигуном і є одним із найважливіших компонентів автомобіля.
Система електроприводу «три в одному».
В епоху Si IGBT підвищення ефективності високовольтної платформи 800 В невелике, а потужність програми недостатня.
Втрата ефективності системи приводного двигуна в основному складається з втрат корпусу двигуна та втрат інвертора:
Перша частина втрати – втрата рухового тіла:
- Втрати міді – втрати тепла наобмотка статора двигуна(мідний дріт) ;
- Втрати заліза У системах, де двигун використовує магнітну силу, втрати тепла(Джоулеве тепло)викликані вихровими струмами, що утворюються в прасці(або алюміній)частина двигуна внаслідок зміни магнітної сили ;
- Блукаючі втрати відносяться до втрат, спричинених нерегулярним потоком заряду;
- втрата вітру.
Певний тип двигуна з плоским дротом 400 В, як описано нижче, має максимальну ефективність 97%, а корпус двигуна 400 В Extreme Krypton 001 Wei Rui має максимальну ефективність 98%..
На етапі 400 В, який досяг найвищого ККД 97-98%, просте використання платформи 800 В має обмежений простір для зменшення втрат самого двигуна.
Частина 2 Втрати: Втрати інвертора двигуна:
- втрата провідності;
- комутаційні втрати.
Нижче наведеноHondaКарта ефективності інвертора IGBT на платформі 400 В [1].Більше 95% ззони високої ефективності наближаються до 50%.
З порівняння поточного статусу втрати двох частин:
У грубому порівнянні між втратою тіла двигуна (>2%)і втрати інвертора двигуна(>4%), втрати інвертора відносно великі.
Тому запас ходу автомобіля більше пов’язаний з ефективністю головного інвертора приводного двигуна.
До зрілості силового напівпровідникового SiC MOSFET третього покоління силові компоненти транспортних засобів з новою енергією, такі як приводний двигун, використовують Si IGBT як комутаційний пристрій інвертора, а рівень підтримки становить приблизно 650 В.Електромережі, електровози та інші неспоживчі випадки.
З точки зору доцільності, новий енергетичний пасажирський транспортний засіб теоретично може використовувати IGBT з витримуваною напругою 1200 В як перемикач живлення контролера двигуна 800 В, а система 800 В буде розроблена в епоху IGBT.
З точки зору економічності, платформа напруги 800 В має обмежене підвищення ефективності корпусу двигуна.Безперервне використання IGBT на 1200 В не покращує ефективність інвертора двигуна, на який припадає більшість втрат.Натомість це приносить низку витрат на розробку.Більшість автомобільних компаній не мають застосування електроенергії в епоху IGBT.Платформа 800В.
В еру МОП-транзисторів SiC продуктивність систем 800 В почала покращуватися завдяки появі ключових компонентів.
Після появи силових пристроїв із напівпровідникового матеріалу третього покоління на основі карбіду кремнію, він отримав велику увагу завдяки своїм чудовим характеристикам [2].Він поєднує в собі переваги високочастотних Si MOSFET і високовольтних Si IGBT:
- Висока робоча частота – до рівня МГц, більша свобода модуляції
- Хороша стійкість до напруги – до 3000 кВ, широкі сценарії застосування
- Хороша температурна стійкість – може стабільно працювати при високій температурі 200 ℃
- Невеликий інтегрований розмір – вища робоча температура зменшує розмір і вагу радіатора
- Висока експлуатаційна ефективність – застосування силових пристроїв із SiC підвищує ефективність силових компонентів, таких як інвертори двигунів, завдяки зменшенню втрат.ВізьмітьРозумнийGenie як приклад нижче.При тій самій платформі напруги та в основному однаковому опорі дороги(майже немає різниці у вазі/формі/ширині шини),всі вони двигуни Virui.Порівняно з інверторами IGBT загальна ефективність інверторів SiC покращена приблизно на 3%.Примітка. Фактичне підвищення ефективності інвертора також пов’язане з можливостями розробки апаратного забезпечення та розробки програмного забезпечення кожної компанії.
Ранні продукти SiC були обмежені процесом вирощування пластин SiC і можливостями обробки чіпів, а пропускна здатність SiC МОП-транзисторів з однокристальним струмом була набагато нижчою, ніж у Si IGBT.
У 2016 році дослідницька група в Японії оголосила про успішну розробку інвертора високої щільності потужності з використанням пристроїв із SiC, а пізніше опублікувала результати в (Електротехнічні транзакції Інституту інженерів-електриків Японії).IEEJ[3].На той час інвертор мав максимальну потужність 35 кВт.
У 2021 році з прогресом технологій рік за роком поточна пропускна спроможність масово вироблених SiC MOSFET з витримуваною напругою 1200 В покращилася, і з’явилися продукти, які можуть адаптуватися до потужностей понад 200 кВт.
На цьому етапі ця технологія почала застосовуватися в реальних автомобілях.
З одного боку, продуктивність силових електронних силових пристроїв має тенденцію бути ідеальною.Пристрої живлення з SiC мають вищу ефективність, ніж IGBT, і можуть відповідати здатності витримувати напругу(1200 В).платформа 800В, а за останні роки потужність досягла понад 200 кВт;
З іншого боку, можна побачити переваги високовольтної платформи 800 В.Подвоєння напруги підвищує верхню межу зарядної потужності всього автомобіля, втрати міді в системі нижчі, а питома потужність інвертора двигуна вища.(характерно, що крутний момент і потужність двигуна того ж розміру вищі);
По-третє, посилення інволюції на новому енергетичному ринку.У гонитві за великим запасом ходу та швидшим поповненням енергії на стороні споживача, сторона підприємства прагне змінити різницю в силових агрегатах на новому енергетичному ринку;
Зазначені вище фактори нарешті призвели до широкомасштабного дослідження та застосування нових енергетичних високовольтних платформ 800 В за останні два роки.Наразі перераховані моделі платформи 800 В включають Xiaopeng G9,PorscheTaycanі так далі.
Крім того, SAIC, Krypton,Лотос, Ідеал,Автомобіль Tianjiта інші автомобільні компанії також мають відповідні моделі 800V, готові до виведення на ринок.
03.Які інтуїтивно зрозумілі переваги може дати система 800 В зараз?
Система 800 В теоретично може перерахувати багато переваг.Я думаю, що найбільш інтуїтивно зрозумілими перевагами для нинішніх споживачів є в основному наступні дві.
По-перше, термін служби батареї довший і надійніший, що є найбільш інтуїтивно зрозумілою перевагою.
При рівні споживання електроенергії 100 кілометрів в умовах експлуатації CLTC переваги, які приносить система 800 В(на малюнку нижче показано порівняння Xiaopeng G9 іБМВiX3, G9 важчий, корпус ширший ішиниширші, і всі вони є несприятливими факторами для споживання електроенергії), консервативні оцінки. Існує підвищення на 5%.
Кажуть, що на високих швидкостях покращення енергоспоживання системи 800 В є більш помітним.
Під час запуску Xiaopeng G9 виробники навмисно скеровували засоби масової інформації до проведення високошвидкісних тестів на час автономної роботи.Багато засобів масової інформації повідомляли, що Xiaopeng G9 на 800 В досяг високої швидкості роботи батареї (час роботи високошвидкісної батареї/час роботи батареї CLTC*100%)..
Фактичний ефект енергозбереження потребує додаткового підтвердження з боку наступного ринку.
По-друге, це повна реалізація можливостей існуючих зарядних паль.
Моделі платформи 400 В, коли стикаються із зарядними купами 120 кВт, 180 кВт, швидкість заряджання майже однакова.(Дані тесту надходять від Chedi)Модуль підсилення постійного струму, який використовується в моделі платформи 800 В, може безпосередньо заряджати наявну низьковольтну зарядну купу(200 кВт/750 В/250 А)яка не обмежена потужністю мережі до повної потужності 750 В/250 А.
Примітка: фактична повна напруга Xpeng G9 нижче 800 В через інженерні міркування.
Беручи приклад купи як приклад, зарядна потужність Xiaopeng G9 (платформа 800 В)з тим самим 100-градусним акумулятороммайже в 2 разиJK 001(платформа 400В).
04.Які труднощі виникають у поточному застосуванні системи 800 В?
Найбільша складність застосування 800 В все ще невіддільна від вартості.
Ця вартість поділяється на дві частини: вартість компонента та вартість розробки.
Почнемо з вартості запчастин.
Силові пристрої високої напруги дорогі і використовуються у великих кількостях.Конструкція загального пристрою живлення високої напруги 1200 В з повною архітектурою 800 В використовує більше ніж30 і не менше 12SiC для моделей з двома двигунами.
Станом на вересень 2021 року роздрібна ціна дискретних SiC МОП-транзисторів на 100 А (650 В і 1200 В) перевищує майже втричіціна еквівалентного Si IGBT.[4]
Станом на 11 жовтня 2022 року я дізнався, що різниця в роздрібній ціні між двома IGBT і SiC MOSFET від Infineon із подібними характеристиками приблизно в 2,5 рази.(Джерело даних офіційний сайт Infineon 11 жовтня 2022 р.)
Базуючись на двох вищезазначених джерелах даних, можна в основному вважати, що поточний ринок SiC приблизно в 3 рази перевищує різницю в ціні IGBT.
Друге – вартість розробки.
Оскільки більшість деталей, пов’язаних з напругою 800 В, потребують переробки та перевірки, обсяг випробувань є більшим, ніж у малих ітераційних продуктів.
Деяке випробувальне обладнання в епоху 400 В не підійде для продуктів 800 В, тому необхідно придбати нове випробувальне обладнання.
Перші виробники комплектного обладнання, які використовують нові продукти на 800 В, зазвичай повинні ділитися з постачальниками компонентів більшими витратами на експериментальну розробку.
На цьому етапі OEM-виробники вибиратимуть продукцію 800 В від відомих постачальників з міркувань обережності, а витрати на розробку відомих постачальників будуть відносно вищими.
Згідно з оцінкою автомобільного інженера виробника комплектного обладнання, у 2021 році вартість повністю електричного транспортного засобу потужністю 400 кВт з повною архітектурою 800 В і двомоторною системою 400 кВт зросте з 400 В до 800 В., а вартість збільшиться приблизно на10 000-20 000 юанів.
По-третє, це низька вартість системи 800 В.
Візьмемо для прикладу клієнта, який використовує виключно електричну енергію, використовує домашню зарядну колону, припускаючи, що вартість зарядки становить 0,5 юаня/кВт-год і споживання електроенергії 20 кВт-год/100 км (типове споживання електроенергії для високошвидкісного круїзу середніх і великих моделей EV), поточна зростаюча вартість системи 800 В може використовуватися клієнтом протягом 10-200 000 кілометрів.
Енергозбереження за рахунок підвищення ефективності в життєвому циклі транспортного засобу (на основі підвищення ефективності високовольтної платформи та SiC, автор приблизно оцінює підвищення ефективності в 3-5%)не може покрити зростання цін на транспортні засоби.
Існує також ринкове обмеження для моделей 800 В.
Переваги платформи 800V з точки зору економічності неочевидні, тому вона підходить для високопродуктивних моделей класу B+/C, які мають максимальну гонитву за продуктивністю автомобіля та відносно нечутливі до вартості окремого автомобіля.
Цей тип транспортних засобів займає порівняно невелику частку ринку.
Згідно з розподілом даних Федерації пасажирів, з січня по серпень 2022 року, згідно з аналізом цінового класу нових транспортних засобів на енергії в Китаї, обсяг продажів 200 000-300 000 становив 22%, продажі склали від 300 000 до 400 00016%, а продажі склали понад 400 0004%.
Взявши за межу ціну в 300 000 автомобілів, у період, коли вартість компонентів 800 В суттєво не знизиться, моделі 800 В можуть займати близько 20% частки ринку.
По-четверте, ланцюжок постачання деталей на 800 В є незрілим.
Застосування системи 800 В вимагає переробки оригінальних частин високовольтної схеми.Високовольтні платформні батареї, електроприводи, зарядні пристрої, системи керування температурою та деталі, більшість шин Tire1 та Tire2 все ще знаходяться на стадії розробки та не мають досвіду масового виробництва.Є кілька постачальників для виробників комплектного обладнання, і відносно зрілі продукти часто з’являються через несподівані фактори.проблеми продуктивності.
По-п'яте, 800-вольтовий ринок післяпродажного обслуговування недостатньо перевірений.
Система 800 В використовує багато нових продуктів (інвертор двигуна, корпус двигуна, акумулятор, зарядний пристрій + DCDC, високовольтний роз'єм, високовольтний кондиціонер повітря тощо), і необхідно перевірити зазор, шлях витоку, ізоляцію, ЕМС, розсіювання тепла тощо.
В даний час цикл розробки та перевірки продукту на внутрішньому ринку нової енергії є коротким (зазвичай цикл розробки нових проектів на старих спільних підприємствах становить 5-6 років, а поточний цикл розробки на внутрішньому ринку становить менше 3 років ).У той же час, фактичний час перевірки ринку транспортних засобів 800V продукції є недостатнім, і ймовірність подальшого післяпродажного обслуговування є відносно високою..
По-шосте, практичне застосування системи швидкої зарядки 800 В невисоке.
Коли автомобільні компанії рекламують 250 кВт,480 кВт (800 В)високопотужної надшвидкої зарядки, вони зазвичай оприлюднюють кількість міст, де розміщені зарядні колони, щоб спонукати споживачів думати, що вони можуть насолоджуватися цим у будь-який час після покупки автомобіля, але реальність не така хороша.
Є три основні обмеження:
Брошура про швидкий заряд високої напруги Xiaopeng G9 800 В
(1) Будуть додані зарядні стовпи 800 В.
На даний момент більш поширені зарядні пристрої постійного струму на ринку підтримують максимальну напругу 500 В/750 В і обмежений струм 250 А, що не може повністю забезпечитиможливість швидкої зарядки системи 800 В(300-400 кВт) .
(2) Існують обмеження щодо максимальної потужності паль з наддувом 800 В.
Взяти нагнітач Xiaopeng S4 (рідинне охолодження високого тиску)наприклад, максимальна зарядна потужність становить 480 кВт/670 А.Через обмеження потужності електромережі демонстраційна станція підтримує зарядку лише від одного автомобіля, який може забезпечити найвищу зарядну потужність серед моделей 800 В.У години пік одночасне заряджання кількох транспортних засобів призведе до відключення електроенергії.
Відповідно до прикладу професіоналів з енергопостачання: школи з понад 3000 учнів у східній прибережній зоні подають заявку на потужність 600 кВА, яка може підтримувати 480 кВт 800 В наддувної купи на основі оцінки ефективності 80%.
(3) Інвестиційна вартість паль з наддувом 800 В висока.
Сюди входять трансформатори, палі, накопичувачі енергії тощо. Фактична вартість оцінюється як більша, ніж вартість замінної станції, а можливість широкомасштабного розгортання низька.
Надзарядка 800 В — це лише вишенька на торті, тож яка схема зарядного пристрою може покращити процес заряджання?
2022 Святковий High Speed Charging Field
05.Уявлення про планування зарядних станцій у майбутньому
На даний момент у всій вітчизняній інфраструктурі зарядних паль співвідношення транспортних засобів і паль (включаючи громадські палі + приватні палі)залишається на рівні приблизно 3:1(за даними 2021 року).
Зі збільшенням продажів нових транспортних засобів на енергії та полегшенням споживачів, які хвилюються щодо зарядки, необхідно збільшити співвідношення транспортного засобу до купи.Різні специфікації куп швидкого заряджання та купи повільного заряджання можуть бути розумно організовані в сценаріях призначення та сценаріях швидкого заряджання, щоб покращити процес заряджання.Щоб покращити, можна справді збалансувати навантаження на мережу.
По-перше, це тарифікація за призначенням, зарядка без додаткового часу очікування:
(1) Житлові паркувальні місця: побудовано велику кількість спільних та впорядкованих повільних зарядних станцій потужністю до 7 кВт, і нафтовим автомобілям надається пріоритет для паркування ненових паркувальних місць, які можуть задовольнити потреби мешканців, а вартість укладання становить відносно низький, і впорядкований метод контролю також може уникнути перевищення регіональної електромережі.місткість.
(2) Торгові центри/мальовничі місця/промислові парки/офісні будинки/готелі та інші автостоянки: доповнюється швидка зарядка потужністю 20 кВт, а також створено велику кількість повільної зарядки потужністю 7 кВт.Сторона розробки: низька вартість повільної зарядки та відсутність витрат на розширення;споживацька сторона: уникайте займати простір/автомобілі, що рухаються, після того, як швидка зарядка повністю заряджена за короткий проміжок часу.
Друге – швидке відновлення енергії, як заощадити загальний час споживання енергії:
(1) Зона обслуговування швидкісної автомагістралі: збережіть поточну кількість швидких зарядок, суворо обмежте верхню межу зарядки (наприклад, 90%-85% від піку) і забезпечте швидкість заряджання транспортних засобів, що їздять на великі відстані.
(2) Автозаправні станції біля виїзду на автомагістраль у великих містах: налаштуйте швидку зарядку високої потужності та суворо обмежте верхню межу зарядки (наприклад, 90%-85% на піку), як доповнення до високошвидкісної зони обслуговування, близької до міжміських поїздок нових споживачів енергії, водночас випромінюючи попит на зарядку в місті/місті.Примітка: зазвичай наземна АЗС оснащена електричною потужністю 250 кВА, яка приблизно може підтримувати дві швидкі зарядні колони потужністю 100 кВт одночасно.
(3) Міська АЗС/стоянка під відкритим небом: налаштуйте швидку зарядку високої потужності, щоб обмежити верхню межу зарядки.В даний час PetroChina розгортає засоби швидкої зарядки/обміну в новій сфері енергетики, і очікується, що в майбутньому все більше і більше автозаправних станцій будуть оснащені стовпами швидкої зарядки.
Примітка: Географічне розташування самої АЗС/відкритої стоянки знаходиться близько до узбіччя, а особливості будівлі більш очевидні, що зручно для стягнення плати з клієнтів, щоб швидко знайти купу та швидко покинути місце.
06.Напишіть в кінці
Зараз система 800 В все ще стикається з багатьма труднощами у вартості, технології та інфраструктурі.Ці труднощі є єдиним шляхом для інновацій та розробки нових енергетичних транспортних технологій та промислової ітерації.етап.
Китайські автомобільні компанії, завдяки своїм швидким і ефективним інженерним можливостям, можуть реалізувати велику кількість швидких застосувань систем 800 В і взяти на себе лідерство в розвитку технологічних тенденцій у галузі транспортних засобів з новою енергією.
Китайські споживачі також будуть першими, хто насолоджуватиметься високоякісними автомобілями, створеними завдяки технологічному прогресу.Це вже не так, як в епоху паливних транспортних засобів, коли вітчизняні споживачі купують старі моделі транснаціональних автомобільних компаній, старі технології або технологічно кастровані продукти.
Література:
[1] Технологічні дослідження Honda: Розробка двигуна та PCU для системи SPORT HYBRID i-MMD
[2] Хань Фен, Чжан Яньсяо, Ши Хао.Застосування SiC MOSFET в схемі Boost [J].Промислове приладобудування та автоматика, 2021(000-006).
[3] Кодзі Ямагучі, Кенширо Кацура, Тацуро Ямада, Юкіхіко Сато. Інвертор на основі SiC з високою щільністю потужності з щільністю потужності 70 кВт/літр або 50 кВт/кг [Дж].Журнал промислових застосувань IEEJ
[4] Стаття PGC Consultancy: Taking Stock of SiC, Part 1: a review of SiC cost конкурентоспроможність і дорожня карта для зниження витрат
Час публікації: 21 жовтня 2022 р