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800伏电气系统——缩短新能源汽车充电时间的关键

2021年,全球电动汽车销量将占乘用车总销量的9%。

为了提升这一数字,除了大力投资新的业务格局以加速电动化的开发、制造和推广外,汽车制造商和供应商也在绞尽脑汁为下一代汽车零部件做准备。

示例包括固态电池、轴流电机和 800 伏电气系统,这些系统有望将充电时间缩短一半,大幅减小电池尺寸和成本,并提高传动系统效率。

到目前为止,只有少数新车使用 800 伏系统而不是常见的 400 伏系统。

市场上已有 800 伏系统的车型有:保时捷 Taycan、奥迪 E-tron GT、现代 Ioniq 5 和起亚 EV6。Lucid Air 豪华轿车使用 900 伏架构,但行业专家认为它在技术上是一个 800 伏系统。

从 EV 零部件供应商的角度来看,到 2020 年代末,800 伏电池架构将成为主导技术,尤其是随着越来越多的专用 800 伏架构全电动平台出现,例如现代的 E-GMP 和 PPE大众汽车集团。

现代汽车的E-GMP模块化电动平台由Vitesco Technologies提供,Vitesco Technologies是一家从Continental AG分拆出来的动力总成公司,提供800伏逆变器;大众集团 PPE 是奥迪和保时捷联合开发的 800 伏电池架构。模块化电动汽车平台。

“到 2025 年,配备 800 伏系统的车型将变得更加普遍,”技术开发公司 GKN 电动传动系统部门总裁德克·凯塞尔格鲁伯 (Dirk Kesselgruber) 说。GKN 也是使用该技术的几家一级供应商之一,供应 800 伏电轴等组件,并着眼于 2025 年实现量产。

他告诉《欧洲汽车新闻》,“我们认为 800 伏系统将成为主流。现代汽车也证明它在价格上具有同等竞争力。”

在美国,现代IQNIQ 5的起售价为43,650美元,比2022年2月电动车均价60,054美元更加接地气,能够被更多消费者接受。

“800 伏是纯电动汽车发展的合乎逻辑的下一步,”Vitesco 创新电力电子部门负责人 Alexander Reich 在接受采访时表示。

除了为现代的 E-GMP 模块化电动平台提供 800 伏逆变器外,Vitesco 还获得了其他主要合同,包括为北美一家主要汽车制造商以及中国和日本的两款领先电动汽车提供逆变器。供应商提供电机。

美国汽车零部件供应商博格华纳 (BorgWarner) 的首席技术官 Harry Husted 通过电子邮件表示,800 伏电气系统领域的增长速度比几年前预期的要快,客户也越来越强大。兴趣。该供应商还赢得了一些订单,包括为中国奢侈品牌提供的集成驱动模块。

图2

1. 为什么 800 伏是“合乎逻辑的下一步”?

 

与现有的400伏系统相比,800伏系统有哪些亮点?

首先,它们可以以更低的电流提供相同的功率。电池容量相同,充电时间增加 50%。

因此,电动汽车中最昂贵的组件电池可以做得更小,从而提高效率,同时减轻整体重量。

采埃孚电气化动力总成技术高级副总裁 Otmar Scharrer 表示:“电动汽车的成本还没有达到汽油车的水平,较小的电池将是一个很好的解决方案。此外,拥有非常大的电池在像 Ioniq 5 这样的主流紧凑型机型本身就没有意义。”

“通过加倍电压和相同的电流,汽车可以获得两倍的能量,”Reich 说。“如果充电时间足够快,电动汽车可能不需要花时间追求1000公里的续航里程。”

其次,由于更高的电压以更少的电流提供相同的功率,电缆和电线也可以做得更小、更轻,从而减少昂贵和沉重的铜的消耗。

损失的能量也将相应减少,从而提高耐力并提高电机性能。并且不需要复杂的热管理系统来确保电池在最佳温度下运行。

最后,当与新兴的碳化硅微芯片技术配合使用时,800 伏系统可将动力总成效率提高多达 5%。该芯片在切换时损失的能量很少,对再生制动特别有效。

供应商表示,由于新的碳化硅芯片使用的纯硅较少,因此成本可能会更低,更多的芯片可以供应给汽车行业。由于其他行业倾向于使用全硅芯片,因此在半导体生产线上与汽车制造商竞争。

“总而言之,800 伏系统的开发至关重要,”GKN 的 Kessel Gruber 总结道。

 

2. 800伏充电站网络布局

 

还有一个问题:现有的充电站大多是基于400伏系统,那么使用800伏系统的汽车真的有优势吗?

业内专家给出的答案是:是的。尽管车辆需要基于 800 伏的充电基础设施。

“大多数现有的直流快速充电基础设施都用于 400 伏车辆,”Hursted 说。“要实现800伏快充,我们需要最新一代的高压大功率直流快充。”

这对家庭充电来说不是问题,但到目前为止,美国最快的公共​​充电网络是有限的。Reich 认为高速公路充电站的问题更加棘手。

然而在欧洲,800 伏系统充电网络正在兴起,Ionity 在欧洲拥有多个 800 伏、350 千瓦的高速公路充电点。

Ionity EU 是由宝马集团、戴姆勒股份公司、福特汽车和大众汽车创立的一个多汽车制造商合作项目,旨在建设电动汽车大功率充电站网络。2020年,现代汽车作为第五大股东加入。

“800 伏、350 千瓦的充电器意味着 100 公里的充电时间为 5-7 分钟,”ZF 的 Schaller 说。“那只是一杯咖啡。”

“这确实是一项颠覆性技术。它还将帮助汽车行业说服更多人拥抱电动汽车。”

根据保时捷最近的一份报告,在典型的 50kW、400V 发电站中,增加 250 英里的续航里程大约需要 80 分钟;100kW 40分钟;如果冷却充电插头(成本、重量和复杂性),可以将时间进一步缩短至 30 分钟。

“因此,为了实现更高速的充电,向更高电压的过渡是不可避免的,”报告总结道。保时捷认为,如果采用 800 伏充电电压,充电时间将缩短至 15 分钟左右。

充电就像加油一样简单快捷 - 这很有可能会发生。

图3

3.保守行业的先行者

 

如果 800 伏技术确实如此出色,那么值得一问的是,为什么除了上述车型之外,几乎所有电动汽车仍然基于 400 伏系统,甚至包括市场领导者特斯拉和大众汽车。?

夏勒和其他专家将原因归结为“方便”和“行业第一”。

一个典型的房子使用 380 伏的三相交流电(电压率实际上是一个范围,而不是一个固定值),所以当汽车制造商开始推出插电式混合动力和纯电动汽车时,充电基础设施已经存在。第一波电动汽车是建立在为插电式混合动力车开发的组件之上的,这些组件基于 400 伏系统。

“当每个人都使用 400 伏电压时,这意味着到处都是基础设施可用的电压水平,”夏勒说。“这样最方便,马上就能拿到。所以人家也别想太多,马上就决定了。”

Kessel Gruber 将保时捷视为 800 伏系统的先驱,因为它更注重性能而非实用性。

保时捷敢于重新评估该行业从过去继承下来的东西。他问自己:“这真的是最好的解决方案吗?”“我们可以从头开始设计吗?”这就是成为高性能汽车制造商的美妙之处。

行业专家一致认为,更多 800 伏电动汽车投放市场只是时间问题。

技术挑战不多,但零件需要开发和验证;成本可能是一个问题,但随着规模、更小的电池和更少的铜,低成本很快就会到来。

沃尔沃、Polestar、Stellantis 和通用汽车已经表示,未来的车型将使用该技术。

大众汽车集团计划在其 800 伏 PPE 平台上推出一系列汽车,包括新款 Macan 和基于全新 A6 Avant E-tron 概念车的旅行车。

许多中国汽车制造商也宣布转向 800 伏架构,包括小鹏汽车、蔚来汽车、理想汽车、比亚迪和吉利旗下的莲花。

“有了 Taycan 和 E-tron GT,您就拥有了性能一流的车辆。Ioniq 5 证明了经济实惠的家用车是可能的,”Kessel Gruber 总结道。“如果这几辆车能做到,那么每辆车都能做到。”


发布时间:Apr-19-2022