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        電動汽車為什么要上800V?

          作者:艾普智能點擊:2559發布時間:2022-05-26 10:32:15

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        碳化硅的崛起,與電動汽車的800V高壓平臺系統算是“絕配”。在800V高壓平臺火熱的趨勢下,據行業預測,未來幾年SiC功率元器件將隨著800V平臺的大規模上車進入快速爆發階段。

        電動汽車為什么要上800V?-艾普智能.jpg

        碳化硅和800V可謂是”互相成就”,他們都有「光明的未來」。

        一、電動汽車為什么要上800V?

        無論是廠家還是車主,對“充電5分鐘,續航200km”的效果都是夢寐以求的。想要達到這個效果,就要解決兩大需求痛點:

        1、就是讓充電性能大幅提升,快速提升電池充電速度;

        2、就是提高整車運行效率,在同等電量情況下,延長續駛里程。

        這里,我們可以用初中物理簡單理解一下:P=UI。那么想要提高功率,無非是加大電流或提升電壓兩種方式。

        而大電流會導致充電槍、線纜及動力電池核心部件等產生很高的熱損失,其理論提高上限并不大。因此,提升電流這條路“走不通”,不,應該是“走不遠”。

        那么,提高電壓呢?

        當系統電流維持不變,充電功率會隨著系統電壓翻倍,也就是峰值充電速度增加一倍,充電時間會大大縮短。此外,在相同充電功率下,電壓高了,電流就可以降低,而導線就不用那么粗,導線的電阻熱能耗也就降低。

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        因此,如果還使用原來400V所用的充電導線尺寸,則可以提升充電功率。也就意味著,在800V平臺下,可以使用較細的充電導線。

        華為的一項研究顯示,采用了800V高壓模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充電,而低壓大電流模式僅能在10%-20%SOC進行最大功率充電,在其他區間充電功率下降的非常迅速??梢?,800V高壓模式能支持更長時間的快充。

        而整車運行效率更高是指,電流不變時,電池電壓越高,電機的功率越大,電機驅動的效率也越高。

        所以,800V高壓平臺容易實現高功率和大扭矩,以及更好的加速性能。雖然說800V給電動車帶來的補能效率提升是質變級的,但800V落地推廣的最大阻礙之一就是成本問題。

        二、為什么是成本問題?800V平臺會帶來哪些改變?

        我們可以從后往前推,如果電動汽車架構升級到800V,那么它高壓元器件的標準也就會相應地提高,其中逆變器也會從傳統的IGBT器件換成SiC材料MOSFET器件。本身逆變器它的成本就僅次于電池的零部件,如果升級成SiC,成本則又提高了一個檔次。

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        但對于整車廠而言,應用碳化硅一般不會單一考慮功率器件成本,更重要的是考慮整車成本變化。因此如何找到「SiC帶來的成本節約」與「其本身高昂成本」之間的平衡很重要。

        在SiC方面,第一個吃螃蟹的人是特斯拉。

        2018年,特斯拉在 Model 3中首次將IGBT模塊換成了碳化硅模塊。在相同功率等級下,碳化硅模塊的封裝尺寸明顯小于硅模塊,并且開關損耗降低了75%。而且,換算下來,采用SiC模塊替代IGBT模塊,其系統效率可以提高5%左右。

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        從成本端來看,這種替換成本上升將近1500元。但是,因為整車效率的提升,導致電池裝機量的下降,電池端的成本又省回來了。

        這算是特斯拉的一次豪賭,因其龐大的市場銷量而使得成本攤平,特斯拉也憑借這次豪賭搶先占據了400V電池系統的技術和市場。

        而在800V方面,保時捷作為第一個吃螃蟹的人,在2019推出的全電動Taycan跑車中安裝了800V系統,掀起了一波電動汽車800V高壓架構的軍備競賽。

        從保時捷端分析成本頗有些“欠妥”,畢竟人家主打的是豪車效應,講究一個品牌溢價。

        但是在技術的開發和應用上,這是“牽一發而動全身”的大工程。比如,在800V高壓充電下,電池包的電壓也要相對提升到800V,否則會因為高充電電流而燒毀。此外,不僅涉及充電系統,還涉及電池系統、電驅系統、高壓輔件和線束系統,影響著車輛的啟動、行駛、空調使用等。

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        而最初的Taycan并沒有拿出一個完全由800V用電器組成的電壓平臺,當年的保時捷找不到800V工作電壓的空調壓縮機,而是通過DCDC轉換器融合了400V和800V兩套高壓系統,并在電池的快充速度上進行了一定的妥協和讓步。

        三、“先有雞還是先有蛋”

        在落地層面,對于整車廠來說,在沒有基礎設施配套的前提下,推出一款高電壓平臺的產品,仍將使用戶面臨充電困難的問題?!跋扔须u還是先有蛋”的問題也就演變成了“車等樁”還是“樁等車”的問題。

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        在800V大背景下,要對現有充電樁進行升級。相比以往的普通充電樁,800V大功率充電樁的成本至少翻倍,甚至達到2~3倍。對于低端車型而言,隨車配送800V大功率充電樁將大幅削弱其價格競爭力。

        其次,極高的充電功率對電網是一次巨大挑戰,能否大規模推廣,還取決于電網基建能力。

        但是,對于國內的充電樁運營商來說,高功率快充也有助于提高盈利能力。當車企爭相部署800V技術架構時,與之適配的高壓大功率充電樁的數量也將聯動增長。

        此外,部分車企也開展了其充電樁的鋪設,也就是所謂的自營超充。

        比如特斯拉的超充樁網絡,小鵬汽車也提出了自建480kW高壓超充樁的計劃,并創新性地將800V快充和儲能系統相結合等等。

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        要想讓800V產品從概念變為現實,大功率充電樁、電網基建能力等基礎設施實際問題需要推到解決。

        四、結語

        除此之外, “芯荒”也會有一定的影響。800V車型的規模上量保障需要實現SiC的穩定供應。而碳化硅的應用要考慮技術升級和市場效應問題,不會短時間完成對硅基IGBT的替代。

        但隨著800V的到來,不光是逆變器。車載充電器、DC/DC轉換器以及充電樁對SiC也有較強需求。根據 Yole 的最新預測中,預計到 2027 年,SiC 器件市場將從 2021 年的 10 億美元業務增長到60 億美元以上。

        800V電氣架構升級具備長期趨勢,SiC的受益也是最大的,其他部件平滑升級,SiC器件的風口有望實實在在到來。最后,配合補能基礎設施的落地,800V高壓架構才是究極完成體,才能真正意義上到達“800V元年”。

        艾普智能專注全球電機測試,以上信息來自網絡,如有侵權請聯系作者更改。


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