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大咖解讀：800V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

2021-12-28 19:53:33·  來(lái)源：旺材動(dòng)力總成  
　
電動(dòng)汽車(chē)為什么要上800V？事實(shí)上，在今年集中爆發(fā)的800V并不是一項(xiàng)新技術(shù)，兩年之前，保時(shí)捷Taycan就已經(jīng)交出了首份答卷。首先，相同功率下，800V電壓平臺(tái)要比40
電動(dòng)汽車(chē)為什么要上800V？
事實(shí)上，在今年集中爆發(fā)的800V并不是一項(xiàng)新技術(shù)，兩年之前，保時(shí)捷Taycan就已經(jīng)交出了首份答卷。
首先，相同功率下，800V電壓平臺(tái)要比400V有接近減半的電流，如此一來(lái)，高壓線徑可以減小不少，零部件發(fā)熱也會(huì)有所降低，反應(yīng)到實(shí)車(chē)上就是成本、輕量化、EMC干擾的降低，以及效率和續(xù)航的提升。
而這種效果在充電過(guò)程中一樣可以發(fā)揮出強(qiáng)大的優(yōu)化作用。
800V充電可以降低電池充電電流，帶來(lái)的就是電池包充電熱量降低，相同配置下可以提升充電功率，讓充電補(bǔ)能體驗(yàn)無(wú)限接近于燃油車(chē)的加油。
這應(yīng)該是讓所有汽車(chē)OEM趨之若鶩的關(guān)鍵。
800V元年，車(chē)企紛紛布局
2022年作為800V高壓快充元年，各家主機(jī)廠紛紛布局。目前有6家車(chē)企已經(jīng)布局了800V快充技術(shù)，并有望在2021年底后陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。目前，小鵬汽車(chē)、廣汽埃安、e平臺(tái)、吉利極氪、理想汽車(chē)、北汽極狐6家都已經(jīng)布局快充技術(shù)。漢車(chē)型已經(jīng)搭載SiC功率器件、蔚來(lái)ET7也將搭載SiC器件。


圖：800V車(chē)企布局
400V到800V哪些零部件和元器件需要升級(jí)？
一項(xiàng)新技術(shù)的普及顯然會(huì)存在各種技術(shù)攻關(guān)點(diǎn)和挑戰(zhàn)點(diǎn)，“三電”系統(tǒng)是新能源汽車(chē)的核心，直接影響整車(chē)的性能表現(xiàn)。
首先，電機(jī)方面，對(duì)軸承防腐蝕、絕緣要求增加。
具體來(lái)看有以下幾點(diǎn)：
  • 軸電壓的產(chǎn)生：電機(jī)控制器供電為變頻電源，含有高次諧波分量，逆變器、定子繞組、機(jī)殼形成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，稱為共模電壓，在此回路上產(chǎn)生高頻電流。由于電磁感應(yīng)原理，電機(jī)軸兩端形成感應(yīng)電壓，成為軸電壓，一般來(lái)說(shuō)無(wú)法避免。
  • 轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸、軸承形成閉合回路，軸承滾珠與滾道內(nèi)表面為點(diǎn)接觸，若軸電壓過(guò)高，容易擊穿油膜后形成回路，軸電流出現(xiàn)導(dǎo)致軸承腐蝕。
  • 800V的逆變器應(yīng)用SiC，導(dǎo)致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加。
  • 同時(shí)，由于電壓/開(kāi)關(guān)頻率增加，800V電機(jī)內(nèi)部的絕緣/EMC防護(hù)等級(jí)要求提升。

圖：800V應(yīng)用SiC造成軸電流增加大而擊穿油膜風(fēng)險(xiǎn)增加
電控方面，800V下SiC的耐壓、開(kāi)關(guān)頻率、損耗表現(xiàn)優(yōu)異，將替代Si基功率半導(dǎo)體。
以Si-IGBT為例，450V下其耐壓為650V，若汽車(chē)電氣架構(gòu)升級(jí)至800V，考慮開(kāi)關(guān)電壓開(kāi)關(guān)過(guò)載等因素，對(duì)應(yīng)功率半導(dǎo)體耐壓等級(jí)需達(dá)1200V，而高電壓下Si-IGBT的開(kāi)關(guān)/導(dǎo)通損耗急劇升高，面臨成本上升而能效下降的問(wèn)題。
除此以外，SiC功率器件還在車(chē)載充電器、充電樁等有所應(yīng)用，具有實(shí)現(xiàn)高功率密度與優(yōu)化系統(tǒng)總成本的優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)可以有效地提升800V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)和電控的整體效率，滿足應(yīng)用的兼容性和可靠性要求。

圖：車(chē)/樁上功率半導(dǎo)體均有望從Si基轉(zhuǎn)向SiC
電池方面，對(duì)負(fù)極快充性能要求提升。
動(dòng)力電池快充性能的掣肘在于負(fù)極，一方面石墨材料的層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋰離子只能從端面進(jìn)入，導(dǎo)致離子傳輸路徑長(zhǎng)；另一方面石墨電極電位低，高倍率快充下石墨電極極化大，電位容易降到0V以下而析鋰。所以，對(duì)電池負(fù)極快充性能要求提升勢(shì)在必行。
800V電驅(qū)動(dòng)的其他零部件和元器件，如OBC/DCDC、高壓繼電器、熔斷器、連接器、充電樁等都需要進(jìn)行升級(jí)，這對(duì)汽車(chē)研發(fā)設(shè)計(jì)者帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。
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