800V架構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-14
800V架構(gòu)的實(shí)例教程
,最近奧迪的子公司發(fā)布的電動(dòng)摩托車也宣布搭載碳化硅逆變器，而且還是800V充電架構(gòu)，效率高達(dá)99%。
7月3日，杜卡迪官方公布了第一輛電動(dòng)摩托賽車V21L的部分參數(shù)，它將作為2023年MotoE 電動(dòng)摩托車世界杯的獨(dú)家賽車。
杜卡迪是一家意大利摩托車生產(chǎn)商，2012年4月被大眾集團(tuán)的奧迪收購(gòu)，成為了奧迪的四大品牌之一。
2021年杜卡迪全球總共賣出59447臺(tái)摩托車，比2020年成長(zhǎng)24%，創(chuàng)下建廠95年以來的最佳紀(jì)錄。
據(jù)介紹，杜卡迪V21L 電動(dòng)摩托車都能夠輸出110 kW（147 hp）和 140 Nm（103 lb-ft）的扭矩。該車在意大利穆杰羅的測(cè)試賽道上的最高速度達(dá)到了275公里/小時(shí)。V21L電動(dòng)摩托車配備了18 kWh電池組，整車重量控制在了 225 公斤。
它之所以能夠做到這么輕、這么快，碳化硅逆變器發(fā)揮了不小的作用。
首先，這款車具有與奧迪E-tron GT和保時(shí)捷Taycan類似的800V電壓架構(gòu)，可在45分鐘內(nèi)充電至 80%。而杜卡迪之所以采用800V電壓，是為了將電源線、電機(jī)和逆變器都做得更小，因?yàn)楦叩碾妷耗軌蛞愿偷碾娏鳟a(chǎn)生相同的功率。
第二，采用碳化硅可以降低散熱器重量。
電動(dòng)賽車通常在非常惡劣的條件下工作，比如35°C 賽道空氣，因此對(duì)于電動(dòng)摩托車來說，內(nèi)部組件會(huì)在高功率工作時(shí)變得非常熱。
為此，杜卡迪創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。電池組冷卻系統(tǒng)非常大，而電機(jī)和逆變器冷卻系統(tǒng)卻比較小，這是因?yàn)樵撃孀兤鞑捎锰蓟?MOSFET 設(shè)計(jì)，重量為5公斤，工作效率高達(dá) 99%。
杜卡迪V21L電動(dòng)摩托車即將上市，其電動(dòng)自行車Futa的最低售價(jià)約5.3萬人民幣，大家認(rèn)為這款摩托車要賣多少錢合適？
展開 國(guó)內(nèi)車企目前紛紛跟進(jìn) 800V 高壓平臺(tái)架構(gòu)，有望在 2022 年陸續(xù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)：
1） 比亞迪：2021 年 9 月，上海車展發(fā)布 e 平臺(tái) 3.0，提供 800V 閃充功能，充電 5 分鐘可增加續(xù)航 150 公里，搭載 800V 平臺(tái)的車型有望 2022 年量產(chǎn)。
2） 吉利極氪：2021 年 9 月，發(fā)布子品牌極氪，充電樁最大功率達(dá) 360KW。極氪 001采用的浩瀚架構(gòu)具備 400V 和 800V 兩種電壓架構(gòu)，10%-80%SOC 充電時(shí)間僅需 30分鐘，充電 5 分鐘續(xù)航可增加 120 公里。搭載 800V 的產(chǎn)品有望在 2022-2023 年亮相。
3） 北汽極狐：2021 年 4 月，發(fā)布極狐αS Hi 版，具備 800V 充電架構(gòu)，2.2C 閃充技術(shù)能實(shí)現(xiàn) 10 分鐘補(bǔ)充 196 公里續(xù)航的電量，30%-80%SOC 充電時(shí)間僅為 15 分鐘。
4） 廣汽埃安：2021 年 8 月，發(fā)布 A480 超充樁，峰值電壓 1000V，電流 600A，未來將超倍速電池技術(shù)搭載于 AION 系列車型，可做到充電 5 分鐘，續(xù)航 200 公里。
5） 東風(fēng)嵐圖：2021 年 9 月，發(fā)布最新 800V 高壓超級(jí)快充技術(shù)，在 360KW 超級(jí)充電樁的加持下，充電速率可提升 125%，可實(shí)現(xiàn)充電 10 分鐘，續(xù)航 400 公里。
6） 小鵬汽車：2021 年 10 月，公布首個(gè)量產(chǎn)的 800V 高壓 SiC 平臺(tái)，充電峰值電流超過600A，采用高能量密度、高充電倍率電池，充電 5 分鐘最高可補(bǔ)充續(xù)航 200 公里。
展開 ▲圖5.800V系統(tǒng)的供應(yīng)鏈對(duì)于高壓架構(gòu)是準(zhǔn)備好的
電池安全方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)，電化學(xué)機(jī)理模型，AI模型等打造了云端電池安全方案AI BMS，基于AI算法的訓(xùn)練，通過數(shù)字孿生的耦合不斷迭代，提升算法效果，做到更快、更準(zhǔn)、更精確的預(yù)測(cè)電池?zé)崾Э兀Ｕ想姵匕踩?▲圖6.華為的AI閃充高壓系統(tǒng)平臺(tái)方案
當(dāng)前，可匹配800V及以上高壓快充車型的高壓直流樁嚴(yán)重不足。高壓架構(gòu)推廣初期可能需要在車端配備升壓功能。從400V到800V，解決升壓的問題。
800V系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)是多元化的，總體來看，它有這么幾個(gè)機(jī)會(huì)點(diǎn)：
○從電壓拓?fù)鋪砜矗梢詫?shí)現(xiàn)同電芯的梯度配置，也就是可以分為高配高電壓；低配低電壓的差異化配置。
○從電流方向上面，從起始的350A、500A甚至未來的600A，也可以擴(kuò)展的支持快充，不斷提高功率。
○由SiC的導(dǎo)入，可以提高整體功率電子的效率和降低體積。
▲圖7.兼容低電壓樁充滿800V的問題
Part 2 充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
在整體產(chǎn)業(yè)里還有一塊最重要的拼圖，就是充電網(wǎng)絡(luò)的投資。目前主要的汽車企業(yè)比如大眾、特斯拉甚至是通用汽車，都要自己建立起一套快充網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)施端已經(jīng)開始考慮建立符合未來800V需求的充電設(shè)施。在這方面，華為是從充電模塊開始設(shè)計(jì)的， 200V-1000V的兼容，基于兩路的500V串聯(lián)輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)全負(fù)載的高效。
從實(shí)際應(yīng)用中，800V高壓平臺(tái)對(duì)電驅(qū)動(dòng)也帶來不少難題，如絕緣、軸承電腐蝕和EMC等問題，華為在這方面做了不少的嘗試，通過專利高壓連接器，專利軸承導(dǎo)流防擊穿結(jié)構(gòu)及EMC軟硬件抑制等核心創(chuàng)新技術(shù)，系統(tǒng)性地解決上述難題。
展開 但“長(zhǎng)途出行續(xù)航不夠”和“充電不方便”是當(dāng)下新能源汽車消費(fèi)者兩大痛點(diǎn)，為了延長(zhǎng)續(xù)航里程，各大廠商紛紛采取加大電池容量的技術(shù)方案，并且提供快充方案能有效的解決充電及續(xù)航焦慮，新能源汽車800V高壓系統(tǒng)技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。
什么是
800V高壓系統(tǒng)?
800V高壓系統(tǒng)的稱呼源自于整車電氣角度。當(dāng)前主流新能源整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍一般為230V-450V，取中間值400V，籠統(tǒng)稱之為400V系統(tǒng)；而伴隨著快充應(yīng)用，整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達(dá)到550-930V，取中間值800V，可籠統(tǒng)稱之為800V系統(tǒng)。
800V高壓系統(tǒng)的典型特征在于電壓平臺(tái)。快充技術(shù)的核心在于提高整車充電功率，要提高整車充電功率，技術(shù)手段上要么加大充電流要么提高充電電壓，充電電流加大意味著更粗更重的線束、更多的發(fā)熱量以及更多附屬設(shè)備瓶頸，而充電電壓提升則有更大的設(shè)計(jì)自由度，這直接推動(dòng)了400V電壓平臺(tái)向800V電壓平臺(tái)轉(zhuǎn)換。
800V高壓系統(tǒng)長(zhǎng)什么樣，什么性能？我們可以從已經(jīng)批產(chǎn)的幾款800V電動(dòng)汽車中一窺真容。
2019 年 4 月保時(shí)捷 Taycan Turbo S 全球首發(fā)，800V全球首款純電動(dòng)車型誕生。性能上，最大充電功率可達(dá)320kW即一般120kW快充樁的2~3倍；高壓動(dòng)力電池，前驅(qū)動(dòng)電機(jī)，后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，車載充電機(jī)和PTC部件均采用了800V電壓平臺(tái)。
2020 年 12 月 2 日，現(xiàn)代汽車集團(tuán)全球首發(fā)了全新電動(dòng)汽車專用平臺(tái) “E-GMP”, 該平臺(tái)同樣可以實(shí)現(xiàn)800V功能。
展開 800V+SiC是最佳組合
2025年市占率將達(dá)15%
800V SiC架構(gòu)有助于讓電動(dòng)汽車達(dá)到充電快和續(xù)航里程遠(yuǎn)的綜合效益。小鵬G9采用了800V高壓SiC平臺(tái)，相比400V平臺(tái)續(xù)航提升了5%，可實(shí)現(xiàn)超充5分鐘，續(xù)航超過200km的能力。
邁凱倫應(yīng)用公司非執(zhí)行主席尼克弗萊說，“如果 OEM 想要保持競(jìng)爭(zhēng)力，他們必須過渡到 800V SiC架構(gòu)。”
緯湃科技新能源科技事業(yè)部亞洲區(qū)總經(jīng)理郁昌松在接受媒體采訪時(shí)表示，相比Si基IGBT，SiC MOSFET應(yīng)用在800V平臺(tái)中，能夠產(chǎn)生更高的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，而且它的開發(fā)速度更快，效率更高，所以800V和SiC的結(jié)合是一個(gè)最佳的組合。
郁昌松預(yù)計(jì)到2025年，800V SiC可能會(huì)有15%左右的市場(chǎng)占有率，但因全球汽車電動(dòng)化提速，這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)可能會(huì)提前到來。
北京三安光電總經(jīng)理陳昭亮曾表示，800V高壓平臺(tái)將成為主要車廠的重點(diǎn)布局方向，基于800V技術(shù)方案的新車將在2022年之后陸續(xù)上市。
據(jù)行家說“三代半風(fēng)向”研究，國(guó)內(nèi)外越來越多企業(yè)已入局800V SiC超級(jí)快充。
● 去年11月，小鵬汽車對(duì)外正式發(fā)布國(guó)內(nèi)首款基于800V平臺(tái)的碳化硅量產(chǎn)車型。
● 2月16日，博格華納宣布與中國(guó)豪華新能源汽車品牌簽訂合同，為其提供搭載緊湊型 800V SiC逆變器電驅(qū)動(dòng)模塊。
● 1月10日，緯湃科技宣布已與北美一家主要汽車制造商簽署價(jià)值10.8億美元（約70.2億元人民幣）的協(xié)議，將從 2025 年開始供應(yīng) 800V SiC 逆變器。
● 根據(jù)藍(lán)海華騰4月20日發(fā)布的2021年年度報(bào)告，他們已經(jīng)與國(guó)內(nèi)大型主機(jī)廠在規(guī)劃高壓800V系統(tǒng)，SiC項(xiàng)目正在進(jìn)行預(yù)研。
不過，800V架構(gòu)的仍需優(yōu)化。
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800V架構(gòu)的最新內(nèi)容
無論是新能源汽車的 800V 架構(gòu)、儲(chǔ)能系統(tǒng)直接并網(wǎng)、還是消費(fèi)電子中對(duì)小型化高功率的追求，更高的工作電壓正在成為行業(yè)共識(shí)，所以電氣擊穿不僅僅是高壓設(shè)備才關(guān)注的問題，只要產(chǎn)品工作電壓大于其絕緣耐受水平，都會(huì)有電氣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。基于此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)：如何在更高電壓、更高功率密度下，準(zhǔn)確且迅速地評(píng)估產(chǎn)品的電氣性能，確保絕緣可靠、避免電氣擊穿？
無論是新能源汽車的 800V 架構(gòu)、儲(chǔ)能系統(tǒng)直接并網(wǎng)、還是消費(fèi)電子中對(duì)小型化高功率的追求，更高的工作電壓正在成為行業(yè)共識(shí)，所以電氣擊穿不僅僅是高壓設(shè)備才關(guān)注的問題，只要產(chǎn)品工作電壓大于其絕緣耐受水平，都會(huì)有電氣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。基于此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)：如何在更高電壓、更高功率密度下，準(zhǔn)確且迅速地評(píng)估產(chǎn)品的電氣性能，確保絕緣可靠、避免電氣擊穿？
2020年保時(shí)捷Taycan率先實(shí)現(xiàn)800V架構(gòu)商業(yè)化后，包括現(xiàn)代、比亞迪、小鵬等主流車企紛紛跟進(jìn)布局。
電壓平臺(tái)的提升意味著充電功率的顯著增加，然而，高電壓也帶來了更嚴(yán)峻的絕緣挑戰(zhàn)。在超級(jí)快充場(chǎng)景下，電氣系統(tǒng)需要承受持續(xù)的高電壓、大電流沖擊，同時(shí)面臨溫度變化、濕度、污染物等多重環(huán)境因素的影響。
對(duì)此，一方面企業(yè)研發(fā)超級(jí)充電樁，采用直流充電接口，實(shí)現(xiàn)大功率充電、即插即充、V2G等新充電功能，縮短充電時(shí)間，緩解充電焦慮；另一方面車企研發(fā)整車全域800V高壓架構(gòu)，如小鵬、蔚來、長(zhǎng)城、理想等品牌推出800V高壓快充車型，基本達(dá)到充電10分鐘續(xù)航400公里的速度，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)續(xù)航。但除此之外，更重要的是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與充電樁之間的兼容。
5、當(dāng)?shù)杼沾苫邋忮颂蓟韫β誓K，新能源電動(dòng)汽車降低電池成本
充電功率相同的情況下，當(dāng)?shù)杼沾苫邋忮颂蓟韫β誓K，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車在800V高壓快充架構(gòu)下的高壓線束直徑更小，相應(yīng)成本更低；氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC碳化硅功率模塊高熱導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車電池散熱的更少，相對(duì)降低電池?zé)峁芾黼y度，進(jìn)一步降低電池整體成本。
5.濾波系統(tǒng)
主要包括電容和磁環(huán)，原濾波系統(tǒng)基于400V架構(gòu)設(shè)計(jì)，升級(jí)800V后EMC輻射量會(huì)變化，整車濾波系統(tǒng)需重新設(shè)計(jì)。
6.繼電器
升級(jí)800V平臺(tái)要求繼電器耐壓性提升，現(xiàn)有部分繼電器能夠兼容高電壓。
5、氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊降低新能源電動(dòng)汽車電池成本
充電功率相同的情況下，氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車在800V高壓快充架構(gòu)下的高壓線束直徑更小，相應(yīng)成本更低；氮化硅陶瓷基板升級(jí)SiC功率模塊高熱導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車電池散熱的更少，相對(duì)降低電池?zé)峁芾黼y度，進(jìn)一步降低電池整體成本。
· 隨著快充需求增加，電動(dòng)汽車逐步向800V架構(gòu)過渡，碳化硅滲透加速。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)在襯底端已有開始占據(jù)少量份額，器件端仍屬發(fā)展早期。
· 未來，考慮產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量分布及客戶優(yōu)勢(shì)等因素，我們認(rèn)為上游擁有襯底量產(chǎn)技術(shù)、外延能力的企業(yè)及擁有功率半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)、下游客戶或具備大量上車數(shù)據(jù)的功率半導(dǎo)體公司有望脫穎而出。
在此背景下，電動(dòng)汽車百人會(huì)舉辦了“電動(dòng)汽車高壓平臺(tái)發(fā)展路徑與產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建研討會(huì)”，重點(diǎn)探討800V高壓平臺(tái)架構(gòu)、大功率充電技術(shù)的發(fā)展路徑，及其產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建。
01
大功率高壓快充催化
汽車/電力兩側(cè)技術(shù)創(chuàng)新
充電行業(yè)將成為引領(lǐng)電動(dòng)化新一輪創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿Γ壳白钪档藐P(guān)注的就是大功率高壓快充。
過去一年是新能源汽車市場(chǎng)爆發(fā)的一年，據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2021年新能源汽車銷售352萬輛，同比大幅增長(zhǎng)157.5%。新能源汽車技術(shù)發(fā)展迅速，暢銷車輛在動(dòng)力性能、智能化方面、使用成本等方面相對(duì)傳統(tǒng)燃油車已取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。但“長(zhǎng)途出行續(xù)航不夠”和“充電不方便”是當(dāng)下新能源汽車消費(fèi)者兩大痛點(diǎn)，為了延長(zhǎng)續(xù)航里程，各大廠商紛紛采取加大電池容量的技術(shù)方案
