800V電機
關注創建者：匿名 創建時間：2022-07-22
800V電機的實例教程
根據各大車企的布局，2022年將迎來基于800V電壓平臺的新車潮。與整車高壓電氣架構相關的部件或系統面臨升級，如動力電池、電驅動、充配電系統、DC/DC等。馬瑞利也在此時搶占先機，推出了800V電機。
800V高壓平臺將成風口
新能源汽車浪潮發展至今，目前400V低壓平臺已經逐漸在主流純電量產車型中普及。2019年，首次采用800V平臺的量產車保時捷Taycan Turbo S全球首發，當前廣汽埃安、比亞迪、小鵬、吉利、理想等一眾自主品牌車企也紛紛開始布局800V平臺。可以預見，800V高壓平臺將成為下一個技術風口。
圖片來源：馬瑞利官網
800V高壓平臺，意味著車輛電池系統、充電系統、電驅系統均采用800V電壓的電子架構平臺。相較于低壓平臺，高壓平臺的優勢顯著：
首先，可以提高車輛的牽引功率，使動力性能得到提升。
其次，在同電流下，車輛的充電功率、電機功率均有提升，這就意味著車輛的充電時間縮短， 相比較400V的電機，在電池電量一樣的情況下，充電時間幾乎可以縮短一半。
圖片來源：馬瑞利
800V高壓平臺的量產之路也并非一帆風順，其面臨著許多方面的限制因素。一旦車輛電壓平臺提升至800V， 電池包、BMS、DC/DC、電機控制器和電機等都需要面向高電壓平臺開發。
此外，在高壓下電池的穩定性降低，衰減、起火等風險增大；為承受800V的高壓，直流電壓逆變器IGBT的元器件芯片材質也需更換為碳化硅，直接導致成本上升；且目前市面上的充電樁多為60kW、120kW，需要對現有充電樁進行升級，以適配800V平臺的高快充需求。
展開 前言
800V電驅動是一個系統性的話題，對于電機而言，挑戰的方向主要圍繞高速、壓、散熱，對于量產而言，小型化和低成本也是考量的一個方面。對于高壓部分而言，最直接的影響便是軸承電腐蝕和定子繞組耐壓能力。
問題的來源
電驅系統采用PWM控制電路，實際工作中由于高壓電回路中存在雜散電感，而在二極管關閉的過程中，雜散電感因變化的電流會產生感應電壓，即電壓振蕩。
下圖為下圖為典型的雙電極電壓（極性從正極到負極交替變化的電壓）沖擊圖
圖源：公眾號：調皮的JINX
參數解釋：
Va：穩態沖擊電壓，對應直流電路電壓Vdc
Vp：峰值電壓
Vos：過沖電壓，即電壓振蕩，計算公式為Vos=L*di/dt
相比400V的硅基IGBT產品，800V產品不僅電壓平臺提升，處于效率考量通常會采用碳化硅基MOSFET。di/dt值更高，電壓振蕩幅度也更大。電壓振蕩幅度變大會帶來兩個問題，軸承電腐蝕和繞組局部放電。
軸承電腐蝕
軸電流的形成
由于電機繞組中性點電壓在任意時刻都不為零，在PWM變頻供電時，定子繞組與殼體、定子繞組與轉子、轉子與定子鐵心以及軸承形成共模通路的等效電路，即共模電壓。共模電壓的值與電機母線電壓成正比，頻率受逆變器載波頻率影響。
來源：《基于PWM逆變器供電軸電流問題的交流電機》
對于軸承而言，作為等效電路的一部分，等比例形成對地電壓。在軸承油膜完好的情況下，軸承對地電壓和電機共模電壓之比定義為BVR。
展開 對于圖 8 中驅動 400-V 電機的 800-V 逆變器，可以根據損耗計算公式中較小的 m 來證明最高的體二極管傳導損耗是合理的，而體二極管的平均電流和 rms 電流增加時m 減小。圖 8 還展示了運行 800V 電機的 800V 逆變器的最低傳導損耗，這是由于相電流減半。雖然帶有 800-V 電機的 800-V 逆變器的開關損耗略高于 400-V 逆變器，但傳導損耗占主導地位，因此帶有 800-V 電機的 800-V 逆變器效率最高。因此，該分析表明，隨著用于快速充電目的的 800-V 電池的出現，不再使用以前的 400-V 電機效率更高。
圖 9 比較了所考慮的三個逆變器的輸入電容器要求。根據圖 9(a)，驅動 800V 電機的 800V 逆變器需要最少的電容來執行相同的濾波效果。圖 9(b) 顯示運行 800V 電機的 800V 逆變器的總標稱能量與傳統的 400V 逆變器相似，可以解釋為輸入電容器的總尺寸和成本為上述兩種情況大致相同。可以根據圖 6 和表 V 比較三種逆變器的相電壓 THD，可以得出結論，400-V 逆變器和 800-V 逆變器與 800-V 電機具有相同的 THD 值，而帶有 400 V 電機的 800 V 逆變器由于在較小的調制指數附近運行而具有較高的 THD 值。
關于包括逆變器、APU 和車載充電機在內的電力電子設備的可靠性，400-V BEV 和 800-V BEV 之間的主要區別在于從 650-V 開關更改為 1200-V 開關。一般而言，1200-V SiC MOSFET 已被證明非常可靠，并且不會出現 3300-V MOSFET 中由于重復的三象限脈沖浪涌電流而導致的stacking faults。
展開 碳化硅 (SiC) 技術的應用，為 800 V 系統提供了實現這兩個目標的可能性。
眾所周知，SiC功率器件比硅Si更高效，因為輕載導通損耗和開關損耗都更低。SiC技術可實現更高的開關頻率，從而通過降低諧波損耗來提高電機的效率。SiC半導體材料特性、效率優化的模塊設計以及改進的控制技術相結合，組成了由逆變器 和電機組成的高效牽引系統。
采用碳化硅技術可以降低800V電機的諧波損耗。
圖9
4.2 800V電機的設計參數
眾所周知，變頻供電的電機比由恒定頻率的正弦波供電的恒速運行的電機應力更大。圖10顯示了快速開關逆變器對電機造成的額外影響。800 V SiC技術的應用需要更仔細地觀察電機的絕緣系統和軸電流。
雖然逆變器提供的上升時間很短的高頻電壓脈沖為高效系統創造了基礎，但這些脈沖增加了對電機的壓力。特別是在高輸出功率時，可以觀察到最高的壓擺率。
系統設計的目標是在低諧波損耗和由于高開關頻率和壓擺率而增加的絕緣系統要求和電機的使用壽命之間找到適當的平衡。這兩個方面的最佳平衡對碳化硅牽引系統的設計具有重要意義。
電機的絕緣系統必須承受過沖電壓，這是由于800V的電壓水平與高開關頻率和dv/dt的結合而產生的。
這些系統的測試電壓也會增加。電機和逆變器輸出端子之間的電纜長度必須設計得盡可能短，以防止由于反射電壓波而產生額外的電壓過沖。
圖10中的反射系數 r 和電機阻抗 Z 說明了這一方面的問題。通過選擇最佳 dv/dt 以及最佳上升時間，應考慮臨界電纜長度與上升時間直接相關。由于這種關系，電壓上升時間不能按需要選擇得那么高。這意味著要開發 EMR4 的 800 V平臺，必須研究絕緣系統的行為和使用壽命。
展開 
800V電機的相關專題、標簽、搜索
800V電機的最新內容
本文將探討800V新能源驅動電機面臨的絕緣挑戰及相關測試技術。</span></p><p><strong style="background-color: rgb(253, 198, 32);">（一）800V高壓平臺的背景與優勢</strong></p><p>800V高壓平臺是新能源汽車技術的重要發展方向。
PEEK 材料在顱骨修補及固定產品、脊柱類產品、新能源汽車 800V 電機漆包線、人形機器人領域的應用將有望帶來更高的需求增量。
同時，由于電壓/開關頻率增加，800V電機內部的絕緣/EMC防護等級要求提升。
01
問
800V平臺下，電機為Ⅰ型絕緣還是Ⅱ型絕緣？
（以上內容來自馬瑞利電機機械設計經理於輝于2022年6月24日由蓋世汽車主辦的2022中國汽車電驅動與關鍵技術-云論壇發表的《800V電機技術》主題演講。）
-END-
采用碳化硅技術可以降低800V電機的諧波損耗。
圖9
4.2 800V電機的設計參數
眾所周知，變頻供電的電機比由恒定頻率的正弦波供電的恒速運行的電機應力更大。圖10顯示了快速開關逆變器對電機造成的額外影響。
對于800V電機而言，銅線的PDIV要求甚至需要達到7KV。除PDIV外，外層絕緣漆還需滿足耐電暈的要求，電暈是由于導線表面的電壓強度很高，引起空氣電離而發生的放電現象。本質也是抑制局部放電對漆膜的破壞。（下文我們將以PDIV為主要要求展開研究）。
尤其是對于扁銅線繞組而言，下圖位置更容易出現局部放電，耐壓、耐電暈的要求更高
降低局部放電的手段大概有三個方向。
▲圖4.奔馳的EQXX下一代系統的布置情況
▲圖5.奔馳的OneBox EE
想要讓電池到輪子的效率提升到95%，奔馳也采用了SiC技術，這個看來已經成了下一代豪華車的標準配置，也是降低驅動能耗的關鍵；提升到800V以后，電機層面也能把功耗降低，包括熱管理層面的損失。
轉子、電機軸、軸承形成閉合回路，軸承滾珠與滾道內表面為點接觸，若軸電壓過高，容易擊穿油膜后形成回路，軸電流出現導致軸承腐蝕；
800V的逆變器應用SiC，導致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加；
同時，由于電壓/開關頻率增加，800V電機內部的絕緣/
國內廠商中，華潤微于12月17日發布自主研發量產的1200V SiC MOSFET產品，可應用于新能源汽車OBC、充電樁等場景；三安光電是國內首家完成SiC MOSFET器件量產平臺打造的廠商，目前正加快SiC垂直產業鏈布局；斯達半導的SiC模塊已獲得多個800V平臺電機控制器新定點；欣銳科技是國內高壓車載電控系統龍頭，全系產品采用SiC功率器件，并擁有大量相關技術儲備。
