東風(fēng)汽車發(fā)力800V高壓平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)

 

技術(shù)尚處于概念階段時(shí)往往看起來比較遙遠(yuǎn)，一旦開始觸地，其進(jìn)展往往會(huì)超出預(yù)期。在800V技術(shù)發(fā)展如火如荼的今天，究竟如何從400V過渡到800V的平臺(tái)？具體的挑戰(zhàn)在哪里？一系列問題的討論正熱火朝天，東風(fēng)汽車也在對(duì)新技術(shù)的研究中形成了自己的觀點(diǎn)。

 

大勢(shì)所趨 眾多廠商爭(zhēng)相布局

 

2020年11月，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》正式稿，對(duì)充換點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施做出指示性要求，指明了慢充為主的家庭充電格局以及快充為主的公共充電格局。這也表明了智能化、大功率的技術(shù)方向。

 

續(xù)航里程焦慮和補(bǔ)能焦慮是在新能源車主中長(zhǎng)期存在的問題。當(dāng)前，大功率充電的需求同時(shí)反映在車型和區(qū)域上。

 

車型方面，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程逐漸向400km以上集中，長(zhǎng)續(xù)航里程汽車電池電量大，必然需要大功率充電；另外，出租網(wǎng)約車等運(yùn)營(yíng)性質(zhì)車輛電消耗大、對(duì)充電時(shí)間極為敏感，其車主對(duì)于補(bǔ)能速度也有著迫切需求。

 

在區(qū)域方面，大功率充電需求則主要集中于特大城市和高速公路。在北上廣深等車位資源緊張的特大城市，家庭擁有能安裝充電樁的車位并不容易實(shí)現(xiàn)，這就產(chǎn)生了大功率公共快充電樁的需求；且隨著電動(dòng)汽車的普及，遠(yuǎn)行是必然趨勢(shì)，目前高速公路服務(wù)區(qū)在節(jié)假日已出現(xiàn)電動(dòng)汽車排隊(duì)等樁的現(xiàn)象，現(xiàn)有的充電技術(shù)無法滿足大量充電車的快速補(bǔ)能需求。

 

 

目前的400V平臺(tái)最大充電功率為200kW，已經(jīng)不能滿足大功率的充電需求。眾所周知，電動(dòng)汽車的充電速度主要取決于充電功率。根據(jù)電功率公式P=UI，提高充電功率的路徑無非就是提高電壓或加大電流兩種方式。因此，發(fā)展超級(jí)快充目前有兩大技術(shù)方向：大電流直流超充和高電壓直流超充。

 

然而，加大充電電流就意味著更多的發(fā)熱量、更粗更重的線束以及更多安全隱患。更高的散熱要求，帶來的是更高的成本，也正因如此目前只有以特斯拉為代表的少數(shù)廠商選擇這一方案。

 

在技術(shù)路線上，升高電壓比加大電流更容易實(shí)現(xiàn)。高電壓不僅能顯著提升汽車的動(dòng)力性能和續(xù)航里程，發(fā)熱所帶來的安全隱患也相對(duì)更小，因此現(xiàn)在大多數(shù)廠商更愿意通過提高電壓來實(shí)現(xiàn)大功率的需求。

 

當(dāng)前，奔馳、寶馬、保時(shí)捷、大眾等車企都采用了高電壓的平臺(tái)，國(guó)內(nèi)的主流新勢(shì)力、龍頭車企也在大功率快充和800V賽道上明顯發(fā)力。2021年開始，各大主流整車廠紛紛開始布局超級(jí)快充樁，行業(yè)預(yù)測(cè)，未來一段時(shí)間內(nèi)750V的充電樁將成為主力，到2025年可以完成750V樁到1000V樁的高壓化；相關(guān)調(diào)研的數(shù)據(jù)也顯示，超87%用戶傾向選擇120kW及以上的大功率充電樁。

 

無論是從充電設(shè)施布局還是用戶需求來看，不久后將有更多的量產(chǎn)車型應(yīng)用高壓快充技術(shù)。不過，在新能源汽車逐漸“高壓化”的過程中，仍有許多高壓生態(tài)、高壓技術(shù)方面的問題亟待解決。

 

攻克技術(shù)難題 推動(dòng)高壓系統(tǒng)落地

 

一項(xiàng)新技術(shù)的落地、普及顯然會(huì)存在各種挑戰(zhàn)，其中首當(dāng)其沖的就是資源方面的問題。高壓零件需進(jìn)行高電壓升級(jí)，需要資源保障，比如僅是高壓電驅(qū)對(duì)SiC材料的需求就大大增加；基礎(chǔ)設(shè)施方面涉及到“樁等車還是車等樁”的問題，快充樁與電網(wǎng)的建設(shè)需要同步跟進(jìn)。

 

此外，高電壓也帶來帶來新的技術(shù)難題。為實(shí)現(xiàn)升高電壓，高壓架構(gòu)中的電池有更多串聯(lián)個(gè)數(shù)，這就增加了電池管理與均衡的難度；另外，高壓波動(dòng)對(duì)于器件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐壓都是一大挑戰(zhàn)，電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、材料性能都需要優(yōu)化?；诂F(xiàn)有低電壓平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)拓展、模塊化開發(fā)，仍有著諸多難題需要攻克。

 

 

 

圖片來源：東風(fēng)汽車官網(wǎng)

 

東風(fēng)汽車將800V高壓系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)概括為高壓平臺(tái)的集成匹配、高壓電驅(qū)動(dòng)開發(fā)和高壓電池包開發(fā)三大方向。

 

800V高壓系統(tǒng)的典型特征在于電壓平臺(tái)，充電電壓的提升直接推動(dòng)了400V電壓平臺(tái)向800V平臺(tái)轉(zhuǎn)變。在400V邁向800V的過渡時(shí)期，平臺(tái)的兼容性是研發(fā)時(shí)需納入考量的重要因素。為了兼容400V充電樁，主流800V架構(gòu)升壓充電方式主要有以下兩種：升壓BOOST，即直流車載充電機(jī)將電壓升至800V進(jìn)行充電；另一種是電機(jī)電控升壓，利用電機(jī)中的電感進(jìn)行儲(chǔ)能、充電。

 

“三電”系統(tǒng)能夠直接影響車輛的性能表現(xiàn)，其中的電機(jī)系統(tǒng)可謂是重中之重。在高壓電驅(qū)動(dòng)開發(fā)方面，東風(fēng)汽車基于現(xiàn)有的平臺(tái)，對(duì)電機(jī)控制器進(jìn)行了高壓化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括對(duì)驅(qū)動(dòng)元器件的耐壓處理。在電機(jī)方面的方案是對(duì)定子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、絕緣的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

 

在IGBT模塊上，東風(fēng)采用600A/1200V耐壓等級(jí)的IGBT，IGBT較400V效率提升了1.9%?？傮w而言，無論是最高效率還是大于85%的效率，800V的電驅(qū)動(dòng)總成系統(tǒng)動(dòng)力性都優(yōu)于400V。

 

電池系統(tǒng)方面，東風(fēng)汽車基于一款量產(chǎn)的電池進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中就包括對(duì)于快充模組的重新選型、熱管理的優(yōu)化設(shè)計(jì)、相關(guān)元件的高壓化升級(jí)以及BMS的二次開發(fā)等。

 

在電池系統(tǒng)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)過程中，東風(fēng)汽車將電性能、熱性能兩方面的需求細(xì)化到電芯層面：電芯充電倍率需滿足快充時(shí)間要求，產(chǎn)熱量也需與熱管理系統(tǒng)相匹配。在充放電性能測(cè)試中，該方案設(shè)計(jì)出的電池包在水冷溫升、溫度要求上均滿足了性能需求。

 

從概念到現(xiàn)實(shí)：800V時(shí)代還有多遠(yuǎn)？

 

雖然高壓架構(gòu)依然存在部分挑戰(zhàn)，但從總體來看，未來800V高壓架構(gòu)將成為下一代電動(dòng)汽車的主流平臺(tái)。

 

隨著電動(dòng)車的滲透率上升，其應(yīng)用場(chǎng)景增多，需求也會(huì)隨之出現(xiàn)多元化。單一的技術(shù)路線難以包打天下，必須要有多種技術(shù)和產(chǎn)品布局來適應(yīng)多元化的市場(chǎng)。東風(fēng)汽車自2019年起就開始啟動(dòng)高電壓技術(shù)平臺(tái)研究，對(duì)于即將到來的800V時(shí)代，東風(fēng)汽車也有其愿景。

 

東風(fēng)汽車發(fā)力800V高壓平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)

圖片來源：東風(fēng)汽車官網(wǎng)

 

東風(fēng)汽車希望，車企在加快高壓車型布局和上市的同時(shí)，能逐步開放共享、共建高壓充電樁，在不久的將來800V技術(shù)也能由高端車型向經(jīng)濟(jì)車型滲透。在行業(yè)層面，東風(fēng)汽車呼吁產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同推進(jìn)高壓快充產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，圍繞用戶多元補(bǔ)能需求，提供多元化的能源解決方案，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和服務(wù)變現(xiàn)。

 

技術(shù)的變更總得經(jīng)過市場(chǎng)檢驗(yàn)。“800V”距離真正實(shí)現(xiàn)落地還有多遠(yuǎn)，總會(huì)有市場(chǎng)中的消費(fèi)者“用腳投票”給出答案。屆時(shí)能在市場(chǎng)中取勝的，將是提前入局準(zhǔn)備、掌握前瞻性技術(shù)的玩家。