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實現800V的低成本化汽車電子解決方案

電子設計 ? 來源:與非網 ? 作者:朱玉龍 ? 2021-05-06 08:29 ? 次閱讀

800V 三電平臺,在保時捷的 Taycan 采用以后,總得來說還是處在一個很早期的階段。目前看下來只有 PPE 的平臺會繼續擴大對 800V 平臺的采用,而后續通用的 800V 純電皮卡,奔馳、寶馬都在這個方向上面會可能投入。而現代起亞預計在 2021 年推出的純電轎車,從品牌和定價角度,價格不可能和前面幾家做成一樣,如果這個事情真做成了,確實是 800V 往平價方向去滲透的重要標志。

01起亞如何實現 800V 的低成本化

目前 800V 主要的技術優勢是在充電環節,Taycan 的充電功率最高為 270 千瓦,22 分鐘內充電可將從 5%增至 80%。起亞的設計目標是同時具備高續航和快充能力,續航的設計目標是 300 英里(美國 EPA 的考慮)充電按照到 80% SOC 20 分鐘實現設計。從整體邏輯上來看,這也是現代起亞加入歐洲企業為主的 Ionity 350kW 快充網絡的投資建設,這也代表之前現代起亞的純電動 BEV 的專用平臺是 400V/800V 兼容設計來考慮的。現代企業在這個領域要做的事情,其實國內在預研階段,核心的關鍵是把 800V 系統移植到價格更低的車型上,能否控制成本最重要的工作。兼容性的平臺中價格較低的電動汽車會保留 400V 的架構,而高端且價格較高的車型則會提供具備快速充電能力的 800V 系統。

實際上來說,現在充電設施標準的提升是這一輪車輛快充的直接推進器。不管是 CCS2.0、Chademo 3.0 和中國的超級,都是把電壓拉上去,電流也拉上去,你怎么選擇電壓平臺怎么去配快充是一個戰略選擇。電流(Tesla)和電壓(Porsche),總是要上一個,否則后續高端車是完全站不住腳的。

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圖 2 充電標準之間的競爭也是存在的,Chademo 3.0 和 CCS2.0 都往下一步再走

02 這個工作該如何展開?

Magna 的工程師寫的一篇文章《Vehicle Design Considerations Enabling High-Performance Charging》有對于 800V 系統如何做的闡述,我們可以從快充和驅動角度來理解不同的架構。類似保時捷這樣一步到位所有高壓電氣的部件全部切換到 800V 的平臺,還有一個 DCDC 升壓的部件來幫助車輛在 400V 充電,對于大部分其他車企來說,要 800V 的特性怎么設計架構就有很大的彈性。 可能并不現實,即使是 Porsche Taycan,其基于 800V 的 350kW 快充也需要在 2021 年才能提供。在此期間,可能有些 800V 的演變架構得以過渡使用,以在性能和成本之間取得一個平衡。我們具體來看看這些可能的電氣架構:

1) 純 800V 電壓架構

這種架構以 Taycan 為代表,架構上只有兩種電壓級別的器件,800V 高壓和 12V 低壓。直流快充系統,是直接從充電接口進入電池系統的電氣系統,直接進行充電(這個最高就是 1000V&350A 所能組合出來的效果),OBC 也是直接把交流 220V&380V 拉高到 800V 電壓平臺對電池包進行交流慢充。這種問題的缺點,是在小三電,包括電動壓縮機、DC-DC 和 PTC 等配套高壓電器,全部需要改換為 SiC 的 MOSFET 來做的部件,由于量少所以短期內這種架構的成本要高得多。從原理上來說,隨著電壓提高一倍,電流的大小降為一半,在同樣的阻抗上,損耗是原來的 1/4,這樣整體的高壓傳導方面可以選擇更細,更輕的材料。

備注:PPE 后續可能會有 48V 的部分器件加上去,以輔助 12V 配電系統,12V 和 48V 系統在純電動汽車上面會爭奪輔助電壓的平臺,這個是后續變種中值得關注的事情。

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圖 3 純 800V 的系統

如下圖所示,Taycan 也是這么操作的,兼容 400V 充電的升壓器是這里一個臨時的解決辦法。

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圖 4 混合架構

這種方式,按照麥格納的工程師的說法,可以獨立出來一個 400V 的接口,整個架構設計和 Taycan 是一樣的。從目前的充電標準,大部分直流充電模塊都可以在 400V 和 800V 兩個檔次根據車的需求輸出,這種架構必然是內化的,不需要 2 個充電接口。

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圖 5 這個架構兩個輸入接口不是調戲消費者

2) 兩個電池 400V 進行組合使用 采用兩個 400V 的電池組,通過配電盒的設計可以形成組合使用,充電時兩個電池組串聯形成 800V 平臺;在 400V 充電或者使用時,使兩者并聯,切換成 400V 平臺。

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圖 6 這個很考驗切換裝置

當然這里也可以考慮,就設計一個 400V 平臺的電池包,通過降壓把 800V 降低到 400V,但是這種設計沒有實際的可行性,將電壓在高功率充電下,損耗都集中在這個降壓裝置上。 備注:這個有點像是 Prius 的 HEV 的 Boost 的反邏輯,設計一個高功率的功率電子器件放在車上完全不劃算

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圖 7 兩個不太可行的方案

我覺得起亞可能做的方案,是下面這個設計考慮,800V 的電池包,充電也是 800V,電機也是 800V 級別,但 DCDC,PTC 和壓縮機是 400V 平臺,通過一個 800V 轉 400VDC-DC 進行中轉,由于功率總體在 10kW 左右,還是存在可行性的。

備注:特別是 Tesla 這樣取消兩個 PTC,只有一個壓縮機的玩法,其實也大差不差了

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圖 8 800V 和 400V 混合的方案

小結:800V 的問題,我覺得主要是在零部件拉動能力上,不管什么樣的架構,最終還是零部件企業本身有嘗試,才能在車企組合時候采用,目前都處在轉型期,大家都沒多余的資金去嘗試不可行的方案,情況就是這樣的情況。

編輯:hfy

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