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    从量变到质变,纯电动汽车800V平台技术解析

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    发表于 2023-5-27 09:30:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
    充电慢,充电难一直是新能源汽车所面临的难题,而高电压平台技术和与之配套的超级充电桩则是目前最被看好的解决方案之一。


    那么,电压平台升高的量变如何使电动车实现便利性媲美燃油车的质变呢?

    电动车800V高压平台

    因动力源差异,燃油车和电动车的电压平台差异大。燃油车动力源来自内燃机,车用电器对输出功率要求不高,低电压平台即可满足。

    而纯电车型动力源是电机和电池,需要较大的输入/输出功率,车内电压平台通常高于燃油车,纯电乘用车电压通常在200-400V之间。

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    1.400V高压系统

    400V高压系统通常包括:电池、电机、电控、充电机(OBC)、高低压转换器(DC/DC)、高压控制盒(PDU)、连接器及线束、电机/电池热管理相关零部件。从核心部件功能上看:


    • 电池是所有电器的供电单元,PDU对电池、电路起保护作用;
    • 驱动电机及控制器是动力源,将电能转化为机械能;
    • DC/DC对高低压进行转化,满足车内低电压器件用电需求;
    • OBC将充电桩的交流电转换成直流电进而通过分线盒给电池充电。


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    400V电子电器架构

    2.800V高压系统


    • 高压线束规格下降,用量减少,降本减重,在电压翻倍、充电功率增幅不翻倍的情形下,串联增加,高压线束电流变小。


    • SiC逆变器使得电源频率增加,电机转速增加,相同功率下转矩减小,体积减小。电机电压翻倍,相同功率下电流减半,因此铜线细(但匝数增加,因此用铜量未减小),电流密度小,转矩变小。若需提升功率,额定电流仅需从400V电机额定电流的一半开始增加。


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    800V电子电器架构

    为什么至少是800V?

    为了向上兼容电池容量大的高端车,电池充电速度以电流倍率(C)衡量。实际应用中的限制条件是:


    • 充电枪有最大充电电流限制;

    • 不同EV有不同的电池容量,均要实现相当的快充时间。


    做一个简单的算术:

    假设忽略电池包内部电芯连接方式,容量75/100kWh的电池包,要求同样要实现7.5min充满(<4min30%-80%SOC),即4C的最高倍率,最大电流为500A充电枪下,根据容量=电流*电压*充电时间,75/100kWh电池包母线电压将达到600/800V。

    因此,为了向上兼容电池容量大高端车快充性能,在设计之初就将整车电压水平定在800V,电池包内部电芯亦以800V为标准设计串并联拓扑,最后确定电芯容量。

    例如:400V体系下,如果是三元电芯,需要400/3.6=112个串联节点;若4个电芯并联,则一共需要448个电芯。电池包容量是100kWh,则单个NCM电芯容量为62Ah,对应电芯连接方式是4并112串。800V体系下,若电芯规格不变,电芯连接方式则变为2并224串。

    800V是降低续航及充电焦虑的主流选择

    新能源汽车普及过程中,续航和充电速度是两大短板。相较于燃油车,大部分新能源汽车续航里程低于600公里,普遍低于燃油车的续航里程,较难满足城际间长里程行驶需求。

    另一方面,现有的充电技术需要消费者等待40分钟甚至更久才可充满,而燃油车的加油过程仅需要5分钟,对比之下补能效率更低。续航里程和充电速度是两大短板,制约新能源汽车对燃油车的替代。车企的解决方案包括:提升带电量、提高补能效率。

    1.提升带电量

    提升带电量能够缓解续航问题 ,但边际效益递减。HEV、PHEV、EREV车型通过燃油的方式提高续航水平。

    纯电车型可通过增加电池带电量实现高续航目的,目前特斯拉Model 3高性能版CLTC标准的续航里程达675公里。

    但电池是新能源车价值量最高的部件,带电量提升会导致边际成本和整车重量增加,购车成本与整车功耗也将随之增加。

    2.提高补能效率

    (1)换电:换电把新能源车充电时间替换成换电时间,代表企业有蔚来汽车,其二代换电站换电效率已提升至约5分钟/车,接近于普通燃油车一次加油的水平。

    但各品牌车型电池规格不同,换电技术的推广极度依赖于车企自建的换电体系,大规模推广的成本及难度较高。

    (2)高电流低压(400V)充电:根据功率、电压、电流关系公式
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