Кога станува збор за 800V, сегашните автомобилски компании главно ја промовираат платформата за брзо полнење 800V, а потрошувачите потсвесно мислат дека 800V е системот за брзо полнење.
Всушност, ова разбирање е донекаде погрешно разбрано.Да бидеме прецизни, 800V високонапонското брзо полнење е само една од карактеристиките на системот 800V.
Во оваа статија, имам намера систематски да им покажам на читателите релативно комплетен 800V систем од пет димензии, вклучувајќи:
1. Каков е системот 800V на новото енергетско возило?
2. Зошто е воведен 800V во моментов?
3. Какви интуитивни придобивки може да донесе 800V системот во моментов?
4. Кои се потешкотиите во тековната 800V системска апликација?
5. Каков е можниот распоред за полнење во иднина?
01.Каков е системот 800V на новото енергетско возило?
Високонапонскиот систем ги вклучува сите високонапонски компоненти на високонапонската платформа.На следната слика се прикажани високонапонските компоненти на типиченново енергетско чисто електрично возилоопремени со водено ладење на 400V напонска платформабатериски пакет.
Напонската платформа на високонапонскиот систем е изведена од излезниот напон на батерискиот пакет на возилото.
Специфичниот опсег на напонска платформа на различни чисто електрични модели е поврзан со бројот на ќелии поврзани во серија во секој пакет батерии и типот на ќелии (тројна, литиум железен фосфат, итн.).
Меѓу нив, бројот на тројни батериски пакети во серија со 100 ќелии е околу 400V висок напон.
Платформата за напон од 400 V за која често велиме дека е широк поим.Земете ја како пример 400V платформата Jikrypton 001.Кога тројниот батериски пакет што го носи тој оди од 100% SOC на 0% SOC, неговата ширина на промена на напонот е блиску до100V (околу 350V-450V).).
3D цртеж на високонапонски батериски пакет
Под сегашната високонапонска платформа од 400V, сите делови и компоненти на високонапонскиот систем работат под напонско ниво од 400V, а дизајнот, развојот и верификацијата на параметарот се вршат според нивото на напон од 400V.
За да се постигне целосен високонапонски платформски систем од 800 V, пред сè, во однос на напонот на батериите, треба да се користи батериски пакет од 800 V, што одговара на околу 200троен литиумќелии на батеријата во серија.
Проследено со мотори, климатизери, полначи, DCDC поддршка 800V и поврзани жици, високонапонски конектори и други делови на сите високонапонски кола се дизајнирани, развиени и потврдени во согласност со барањата за 800V.
Во развојот на архитектурата на платформата 800V, со цел да бидат компатибилни со куповите за брзо полнење 500V/750V на пазарот, чисто електричните возила од 800V ќе бидат опремени со модули за засилување DCDC од 400V до 800V.за долго време.
Неговата функција е данавремено одлучете дали да го активирате модулот за засилување за полнење на батерискиот пакет од 800 V во согласност со реалната способност за напон накуп за полнење .
Според комбинацијата на перформансите на трошоците, постојат приближно два вида:
Една од нив е целосната архитектура на платформата 800V.
Сите делови на возилото во оваа архитектура се дизајнирани за 800V.
Целосна архитектура на високонапонски систем од 800V
Втората категорија е исплатливиот дел од архитектурата на платформата 800V.
Задржете некои компоненти од 400 V: Бидејќи цената на сегашните уреди за префрлување на напојување од 800 V е неколку пати поголема од онаа на IGBT од 400 V, со цел да се балансираат трошоците за целото возило и ефикасноста на возењето, ОЕМ се мотивирани да користат компоненти од 800 V(како што се моторите)наЧувајте некои делови од 400V(на пр. електричен клима уред, DCDC).
Мултиплексирање на уреди за моќност на моторот: Бидејќи нема потреба да се вози за време на процесот на полнење, ОЕМ чувствителните на трошоците повторно ќе ги користат уредите за напојување во контролерот на моторот на задната оска за DCDC за засилување од 400V-800.
Архитектура на платформа за напојување на системот 800V
02.Зошто возилата со нова енергија воведуваат системи од 800 V во моментов?
Во дневното возење на сегашните чисто електрични возила, околу 80% од електричната енергија се троши во погонскиот мотор.
Инверторот, или контролорот на моторот, го контролира електричниот мотор и е една од најважните компоненти во автомобилот.
Електричен погонски систем три-во-едно
Во ерата на Si IGBT, подобрувањето на ефикасноста на високонапонската платформа од 800V е мало, а моќта на апликацијата е недоволна.
Загубата на ефикасноста на системот за погонски мотор главно се состои од загубата на телото на моторот и загубата на инвертерот:
Првиот дел од загубата - губење на телото на моторот:
- Губење на бакар – загуба на топлина нанамотување на статорот на моторот(бакарна жица) ;
- Загуба на железо Во системи каде што моторот користи магнетна сила, загубата на топлина(Топлина од џул)предизвикани од вртложни струи генерирани во железото(или алуминиум)дел од моторот поради промени во магнетната сила ;
- Залутаните загуби се припишуваат на загубите предизвикани од неправилниот проток на полнење;
- загуба на ветер.
Одреден тип 400V мотор со рамна жица како што следува има максимална ефикасност од 97%, а телото на моторот 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui се вели дека има максимална ефикасност од 98%.
Во фазата од 400V, која достигна највисока ефикасност од 97-98%, едноставно користењето на платформата од 800V има ограничен простор за намалување на загубата на самиот мотор.
Загуби на дел 2: Загуби на моторниот инвертер:
- губење на спроводливоста;
- загуби на префрлување.
Следното еХондаКарта на ефикасност на инвертерот на моторот IGBT платформа од 400V[1].Повеќе од 95% одобластите со висока ефикасност се близу 50%.
Од споредбата на моменталниот статус на загуба на двата дела:
Во груба споредба помеѓу загубата на моторното тело (>2%)и загубата на инверторот на моторот(> 4%), загубата на инвертерот е релативно голема.
Затоа, опсегот на возење на автомобилот е повеќе поврзан со ефикасноста на главниот инвертер на погонскиот мотор.
Пред зрелоста на енергетскиот полупроводник SiC MOSFET од третата генерација, енергетските компоненти на новите енергетски возила, како што е погонскиот мотор, користат Si IGBT како преклопен уред на инвертерот, а нивото на потпорниот напон е главно околу 650V.Електрични мрежи, електрични локомотиви и други непотрошувачки прилики.
Од гледна точка на изводливост, ново енергетско патничко возило теоретски може да користи IGBT со отпорен напон од 1200V како прекинувач за напојување на контролер на мотор од 800V, а систем од 800V ќе биде развиен во ерата на IGBT.
Од гледна точка на перформансите на трошоците, напонската платформа од 800V има ограничено подобрување во ефикасноста на телото на моторот.Континуираната употреба на 1200V IGBT не ја подобрува ефикасноста на инверторот на моторот, што претставува најголем дел од загубите.Наместо тоа, тоа носи низа трошоци за развој.Повеќето автомобилски компании немаат примена на енергија во ерата на IGBT.800V платформа.
Во ерата на SiC MOSFET, перформансите на 800V системите почнаа да се подобруваат поради раѓањето на клучните компоненти.
По доаѓањето на третата генерација на полупроводнички материјал силициум карбид, доби големо внимание поради неговите одлични карактеристики [2].Ги комбинира предностите на високофреквентните Si MOSFET и високонапонските Si IGBT:
- Висока работна фреквенција – до ниво на MHz, поголема слобода на модулација
- Добар отпор на напон – до 3000 kV, сценарија со широка примена
- Добра отпорност на температура - може да работи стабилно на висока температура од 200 ℃
- Мала интегрирана големина – повисоката работна температура ја намалува големината и тежината на ладилникот
- Висока оперативна ефикасност – Усвојувањето на уреди за моќност на SiC ја зголемува ефикасноста на компонентите за моќност, како што се моторните инвертери поради намалените загуби.Земете гоПаметниЏин како пример подолу.Под иста напонска платформа и во основа истиот отпор на патот(речиси нема разлика во тежина/облик/широчина на гумата),сите тие се Virui мотори.Во споредба со IGBT инвертерите, вкупната ефикасност на SiC инвертерите е подобрена за околу 3%.Забелешка: Вистинското подобрување на ефикасноста на инвертерот е исто така поврзано со можностите за дизајн на хардвер и развој на софтвер на секоја компанија.
Раните производи на SiC беа ограничени од процесот на раст на нафора за SiC и способностите за обработка на чипови, а капацитетот за пренос на струја со еден чип на SiC MOSFET беше многу помал од оној на Si IGBT.
Во 2016 година, истражувачки тим во Јапонија објави успешен развој на инвертер со висока густина на моќност користејќи SiC уреди, а подоцна ги објави резултатите во (Electrical and Electronic Engineering Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan)IEEJ[3].Инверторот имаше максимална моќност од 35 kW во тоа време.
Во 2021 година, со напредокот на технологијата од година во година, сегашната носивост на масовно произведените SiC MOSFET со отпорен напон од 1200V се подобрува, а забележани се и производи кои можат да се прилагодат на моќност од повеќе од 200 kW.
Во оваа фаза, оваа технологија почна да се применува во вистински возила.
Од една страна, перформансите на моќните електронски уреди за напојување имаат тенденција да бидат идеални.Уредите за напојување со SiC имаат поголема ефикасност од IGBT и можат да одговараат на способноста за издржување на напон(1200V) одплатформата од 800 V, и имаат развиено моќност од повеќе од 200 kW во последниве години;
Од друга страна, може да се видат засилувањата на високонапонската платформа од 800V.Удвојувањето на напонот ја зголемува горната граница на моќта на полнење на целото возило, загубата на бакар на системот е помала, а густината на моќноста на моторниот инвертер е поголема.(карактеристично, вртежниот момент и моќноста на моторот со иста големина е поголем);
Третиот е да се зголеми инволуцијата на новиот енергетски пазар.Стремежот за висок опсег на крстарење и побрзо надополнување на енергија на страната на потрошувачите, страната на претпријатието е желна да направи разлика во разликата во погонската група на новиот енергетски пазар;
Горенаведените фактори конечно доведоа до големо истражување и примена на нови енергетски високонапонски платформи од 800V во изминатите две години.Моментално наведените модели на платформи 800V вклучуваат Xiaopeng G9,ПоршеТајкани така натаму.
Покрај тоа, SAIC, Криптон,Лотус, Идеален,Tianji Automobileи други автомобилски компании, исто така, имаат сродни модели од 800V подготвени да бидат претставени на пазарот.
03.Какви интуитивни придобивки може да донесе 800V системот во моментов?
Системот 800V теоретски може да наведе многу предности.Мислам дека најинтуитивните придобивки за сегашните потрошувачи се главно следните две.
Прво, траењето на батеријата е подолго и поцврсто, што е најинтуитивна придобивка.
На ниво на потрошувачка на енергија од 100 километри во услови на работа CLTC, придобивките што ги носи системот 800V(на сликата подолу е прикажана споредбата помеѓу Xiaopeng G9 иBMWiX3, G9 е потежок, телото е пошироко, аГумисе пошироки, од кои сите се неповолни фактори за потрошувачка на енергија), конзервативни проценки Има зголемување од 5%.
При големи брзини, подобрувањето на потрошувачката на енергија на системот од 800V се вели дека е поизразено.
За време на лансирањето на Xiaopeng G9, производителите намерно ги водеа медиумите да спроведат тестови за траење на батеријата со голема брзина.Многу медиуми објавија дека 800V Xiaopeng G9 постигнал голема брзина на траење на батеријата (траење на батеријата со голема брзина/траење на батеријата CLTC*100%).
Вистинскиот ефект на заштеда на енергија бара дополнителна потврда од последователниот пазар.
Вториот е да се даде целосна игра на можностите на постоечките купови за полнење.
Моделите на платформи од 400 V, кога се соочуваат со купови за полнење од 120 kW, 180 kW, брзината на полнење е речиси иста.(Податоците од тестот доаѓаат од Чеди)Модулот за засилување на еднонасочна струја што го користи моделот на платформа од 800 V може директно да го полни постоечкиот куп за полнење со низок напон(200 kW/750V/250A)што не е ограничено од моќноста на мрежата на целосна моќност од 750V/250A.
Забелешка: Вистинскиот целосен напон на Xpeng G9 е под 800V поради инженерски размислувања.
Земајќи го примерот на купот како пример, моќта на полнење на Xiaopeng G9 (800V платформа)со истиот пакет батерии од 100 степение скоро 2 патионаа на ЈК 001(400V платформа) .
04.Кои се тешкотиите во тековната апликација на системот 800V?
Најголемата тешкотија на примената на 800V е сè уште неразделна од цената.
Овој трошок е поделен на два дела: цена на компонентите и трошоци за развој.
Да почнеме со цената на деловите.
Уредите за напојување со висок напон се скапи и се користат во големи количини.Дизајнот на целокупниот 1200-напонски високонапонски уред со целосна архитектура од 800V користи повеќе од30 и најмалку 12SiC за модели со двоен мотор.
Од септември 2021 година, малопродажната цена на 100-А дискретни SiC MOSFET (650 V и 1.200 V) е речиси 3 патицената на еквивалент Si IGBT.[4]
Од 11 октомври 2022 година, дознав дека разликата во малопродажната цена помеѓу два Infineon IGBT и SiC MOSFET со слични спецификации за изведба е околу 2,5 пати.(Извор на податоци официјална веб-страница на Infineon, 11 октомври 2022 година)
Врз основа на горенаведените два извора на податоци, во основа може да се смета дека сегашниот пазарен SiC е околу 3 пати поголема од разликата во цената од IGBT.
Вториот е трошокот за развој.
Бидејќи повеќето од деловите поврзани со 800V треба да се редизајнираат и проверат, волуменот на тестот е поголем од оној на малите итеративни производи.
Дел од опремата за тестирање во ерата на 400V нема да биде погодна за производи од 800V и треба да се купи нова опрема за тестирање.
Првата серија ОЕМ кои користат нови производи од 800V обично треба да подели повеќе трошоци за експериментален развој со добавувачите на компоненти.
Во оваа фаза, OEM ќе избираат производи од 800V од воспоставените добавувачи заради внимателност, а трошоците за развој на воспоставените добавувачи ќе бидат релативно повисоки.
Според проценката на автомобилски инженер на OEM во 2021 година, цената на чисто електрично возило на ниво од 400 kW со целосна архитектура од 800 V и двомоторен систем од 400 kW ќе се зголеми од 400 V на 800 V, а трошокот ќе се зголеми за околу10.000-20.000 јуани.
Третиот е евтината изведба на системот 800V.
Да се земе чисто електричен клиент кој користи куп за полнење дома како пример, претпоставувајќи цена за полнење од 0,5 јуани/kWh и потрошувачка на енергија од 20 kWh/100km (типична потрошувачка на енергија за брзо крстарење со средни и големи EV модели), сегашната зголемена цена на системот 800V може да ја користи клиентот за 10-200.000 километри.
Енергетските трошоци заштедени со подобрувањето на ефикасноста во животниот циклус на возилото (врз основа на подобрувањето на ефикасноста на високонапонската платформа и SiC, авторот грубо го проценува зголемувањето на ефикасноста од 3-5%)не може да го покрие поскапувањето на возилата.
Постои и пазарно ограничување за моделите од 800V.
Предностите на платформата 800V во однос на економичноста не се очигледни, па затоа е погодна за модели од класата B+/C со високи перформанси кои имаат крајна желба за перформанси на возилото и се релативно нечувствителни на цената на едно возило.
Овој тип на возила има релативно мал пазарен удел.
Според расчленувањето на податоците на Патничката федерација, од јануари до август 2022 година, според анализата на ценовната класа на нови енергетски возила во Кина, обемот на продажба од 200.000-300.000 изнесува 22%., отпаѓа на продажбата од 300.000 до 400.00016%, а отпаѓа на продажбата од повеќе од 400.0004 %.
Земајќи ја цената од 300.000 возила како граница, во периодот кога цената на компонентите од 800V не е значително намалена, моделите од 800V можат да заземат околу 20% од пазарниот удел..
Четврто, синџирот на снабдување со делови од 800 V е незрел.
Апликацијата на системот 800V бара повторен развој на оригиналните делови на колото со висок напон.Високонапонските батерии на платформи, електрични погони, полначи, системи за термичко управување и делови, повеќето од Tire1 и Tire2 сè уште се во фаза на развој и немаат искуство во апликации за масовно производство.Има малку добавувачи за OEM, а релативно зрелите производи се склони да се појават поради неочекувани фактори.проблеми со продуктивноста.
Петто, резервниот пазар на 800V е недоволно потврден.
Системот 800V користи многу ново развиени производи (инвертер на моторот, тело на моторот, батерија, полнач + DCDC, високонапонски конектор, високонапонски клима уред, итн.), и потребно е да се потврди клиренсот, растојанието на лази, изолацијата, ЕМС, дисипацијата на топлина итн.
Во моментов, циклусот на развој и верификација на производот на домашниот пазар на нова енергија е краток (обично, циклусот на развој на нови проекти во старите заеднички вложувања е 5-6 години, а тековниот циклус на развој на домашниот пазар е помал од 3 години ).Во исто време, вистинското време за проверка на пазарот на возила на производи од 800V е недоволно, а веројатноста за последователна постпродажба е релативно висока..
Шесто, практичната примена на вредноста на брзото полнење на системот 800V не е висока.
Кога автомобилските компании промовираат 250 kW,480 kW (800 V)супербрзо полнење со висока моќност, тие обично го објавуваат бројот на градови каде што се поставени куповите за полнење, со намера да ги наведат потрошувачите да мислат дека можат да уживаат во ова искуство во секое време по купувањето автомобил, но реалноста не е толку добра.
Постојат три главни ограничувања:
Брошура за брзо полнење на Xiaopeng G9 800V со висок напон
(1) Ќе се додадат купови за полнење од 800V.
Во моментов, почестите DC купови за полнење на пазарот поддржуваат максимален напон од 500V/750V и ограничена струја од 250A, што не може да даде целосна игра наспособноста за брзо полнење на 800V систем(300-400 kW) .
(2) Постојат ограничувања за максималната моќност на купови со напојување од 800V.
Земање Xiaopeng S4 компресор (течно ладење под висок притисок)како пример, максималниот капацитет за полнење е 480kW/670A.Поради ограничувањето на капацитетот на електричната мрежа, демонстративната станица поддржува само полнење со едно возило, кое може да има најголема моќност на полнење од моделите 800V.За време на шпицот, истовременото полнење на повеќе возила ќе предизвика пренасочување на струјата.
Според примерот на професионалците за снабдување со електрична енергија: училиштата со повеќе од 3.000 ученици во источното крајбрежје аплицираат за капацитет од 600 kVA, кој може да поддржи куп со напојување од 480 kW 800V врз основа на проценка од 80% ефикасност.
(3) Инвестициската цена на куповите со напојување од 800V е висока.
Ова вклучува трансформатори, купови, складирање на енергија, итн. Вистинските трошоци се проценуваат дека се поголеми од оние на станицата за размена, а можноста за распоредување во големи размери е мала.
Надополнувањето од 800 V е само шлаг на тортата, па каков вид на распоред на капацитетот за полнење може да го подобри искуството за полнење?
Празник поле за полнење со голема брзина 2022 година
05.Имагинација на распоредот на капацитетите за полнење во иднина
Во моментов, во целата домашна инфраструктура на купот за полнење, односот возило-куп (вклучувајќи јавни купови + приватни купови)се уште е на ниво од околу 3:1(врз основа на податоците од 2021 година).
Со зголемувањето на продажбата на нови енергетски возила и олеснување на загриженоста на потрошувачите за наплата, неопходно е да се зголеми односот возило-куп.Различни спецификации на купови за брзо полнење и купови со бавно полнење може разумно да се подредат во сценарија за дестинација и сценарија за брзо полнење, со цел да се подобри искуството за полнење.За да се подобри, и навистина може да го балансира оптоварувањето на мрежата.
Првата е наплата од дестинација, полнење без дополнително време на чекање:
(1) Станбени паркинг простори: Изградени се голем број заеднички и уредни купови за бавно полнење во рок од 7 kW, а на возилата со нафта им се дава приоритет да паркираат паркинг места без нова енергија, кои можат да ги задоволат потребите на жителите, а трошоците за поставување се релативно ниска, а методот на уредна контрола исто така може да избегне надминување на регионалната електрична мрежа.капацитет.
(2) Трговски центри/сценски места/индустриски паркови/канцелариски згради/хотели и други паркинзи: се надополнува брзото полнење од 20 kW и изградени се голем број бавно полнење од 7 kW.Развојна страна: ниска цена за бавно полнење и без трошоци за проширување;страна на потрошувачот: избегнувајте да зафаќате простор/автомобили во движење откако брзото полнење е целосно наполнето за краток временски период.
Вториот е брзо надополнување на енергијата, како да заштедите време на целокупната потрошувачка на енергија:
(1) Услужна област на експресен пат: одржувајте го тековниот број на брзо полнење, строго ограничете ја горната граница за полнење (како што е 90%-85% од врвот) и обезбедете ја брзината на полнење на возилата што возат на долги растојанија.
(2) Бензински пумпи во близина на влезот на автопатот во поголемите градови/населени места: конфигурирајте брзо полнење со голема моќност и строго ограничете ја горната граница за полнење (како на пример 90%-85% на врвот), како додаток на областа за брза услуга, блиску до возењето на долги растојанија на побарувачката на новите корисници на енергија, а истовремено ја зрачи побарувачката за копнено полнење во градот/градот.Забелешка: Вообичаено, приземната бензинска пумпа е опремена со електричен капацитет од 250 kVA, кој приближно може да поддржи два купови за брзо полнење од 100 kW истовремено.
(3) Урбана бензинска пумпа/паркинг на отворено: конфигурирајте брзо полнење со висока моќност за да ја ограничите горната граница на полнење.Во моментов, PetroChina распоредува капацитети за брзо полнење/размена во новото енергетско поле и се очекува дека во иднина се повеќе и повеќе бензински пумпи ќе бидат опремени со купови за брзо полнење.
Забелешка: Географската локација на самата бензинска пумпа/паркинг на отворено е блиску до патот и карактеристиките на зградата се поочигледни, што е погодно за наплата на клиентите брзо да го пронајдат купот и брзо да ја напуштат локацијата.
06.Напиши на крајот
Во моментов, системот 800V сè уште се соочува со многу тешкотии во трошоците, технологијата и инфраструктурата.Овие тешкотии се единствениот начин за иновација и развој на нова енергетска технологија на возила и индустриска итерација.фаза.
Кинеските автомобилски компании, со своите брзи и ефикасни способности за инженерска примена, можеби ќе можат да реализираат голем број брзи апликации на 800V системи и да го преземат водството во водење на трендот на технологијата во областа на возилата со нова енергија.
Кинеските потрошувачи, исто така, ќе бидат првите кои ќе уживаат во висококвалитетното искуство на возилото што го носи технолошкиот напредок.Веќе не е како во ерата на возилата со гориво, кога домашните потрошувачи купуваат стари модели од мултинационални автомобилски компании, кастрирани производи со стара технологија или технологија.
Референци:
[1] Истражување за технологија на Honda: Развој на мотор и PCU за SPORT HYBRID i-MMD систем
[2] Хан Фен, Џанг Јанксијао, Ши Хао.Примена на SiC MOSFET во Boost коло [J].Уред за индустриска инструментација и автоматизација, 2021 (000-006).
[3] Коџи Јамагучи, Кенширо Кацура, Тацуро Јамада, Јукихико Сато .Инвертер базиран на SiC со висока густина на моќност со густина на моќност од 70 kW/литар или 50 kW/kg[J].IEEJ Journal of Industry Applications
[4] Консултантски напис за PGC: Преглед на SiC, Дел 1: преглед на конкурентноста на трошоците за SiC и патоказ за пониски трошоци
Време на објавување: Октомври-21-2022 година