电动汽车电池800v电压平台技术会是未来的趋势吗?供应链需要做好哪些准备?

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查看9476 | 回复0 | 2022-4-29 17:11:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
首先,展望纯电动车的未来,肯定是提高续航和快充,而打造高压平台就是大势所趋。
' i/ F* y4 @1 L5 c3 [在2021年10月19日,中国汽车工程学会主办的2021中国汽车工程学会年会暨展览会上,公布了2022年度的中国汽车技术十大趋势。
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$ c% v1 F9 K: y' f2 ~% `0 O其中一个趋势就是打造800V的电压平台。
. \8 a; D" x% C+ i趋势6:国产高性能电动乘用车将更多采用800V电压平台$ ?- _7 I9 p/ y7 d( r- q

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电动汽车电气架构主要涉及动力电池、高压配电系统、电驱系统、电动压缩机总成、DCDC、OBC等。高压电气架构无中间电压转化效率损失,驱动系统采用宽禁带半导体,提高驱动系统效率。核心电动化部件突破800V高压化,可提升整车效率,配合大功率充电技术可实现极速充电。
早在数年前,2019年保时捷发布Taycan,这款车型的量产,宣告了800V高压平台的序幕拉开。6 _4 x0 s/ r8 s- _! h" A; Q& X
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: ?- W6 N7 W1 n* u. E而其他的品牌车型,如奥迪E-TRON GT,比亚迪汉,岚图,北汽极狐都计划在2022年到2023年,推出属于自己的800V-1000V的高压平台。
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高电压平台的优势不言而喻,首先是高压下,电动车内的高压线束的截面积会越小,这样能大幅减小安装面积,减轻车内重量。
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+ I4 b% q% s# Q9 O- ~0 |不要以为纯电车内的高压线很少,高压部件如动力电池、高压控制盒、车载充电机、驱动电机、电动空调压缩机,风暖PTC加热器都要用上高压线,合计起来估计有上百米。而之前的260V-400V平台下的高压线束可是一点都不细。% k3 y3 e, c  u1 I* a
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另一个优点,就是高压充电桩的成本比低压大电流的充电桩要低上许多。
2 g- e3 \6 C. i* [, R# S高压充电桩只需要把充电枪、接触器、线束、熔丝等部件更换升级成耐高压材料就可以。但是特斯拉的低压大电流充电桩,必须加底部电扇,桩内还要用循环液冷,充电桩的成本实际比较高。
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2 }. A# M: o9 P; c) B. r& R: J 电动汽车电池800v电压平台技术会是未来的趋势吗?供应链需要做好哪些准备?-6.jpg 2 ?5 q3 `2 `+ `; _" d" B2 p
另一个能显著提高充电效率。因为高电压低电流的模式,Q=I^2Rt,电流变小,电阻不变的情况下,单位时间的发热减少,就不会因为快充导致的发热保护而必须切换到缓充模式,而是能够维系在较长时间的快充模式。7 I; w  _( q4 i
而如果要更换到800V的高压平台,车端的高压部件需要相应的更换。
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. k: N7 N$ {" c; F! V0 p如动力电池、高压控制盒、车载充电机、驱动电机、电动空调压缩机,风暖PTC,水暖PTC,DC/DC,逆变器,高压线束这些之前运行在400V以下的零部件,都要更换成耐800V-1000V高压的。
7 ^3 ~$ Y% G1 ~如之前说的保时捷Taycan的800V高压平台,也是做了妥协的,空调压缩机是耐400V的,还需要额外配置一个转换器。(可以看到下图黄色的线,意味着该平台并不是完全的高压平台。). O3 [/ y% ^* A: C+ u

0 U+ U6 I# h- e 电动汽车电池800v电压平台技术会是未来的趋势吗?供应链需要做好哪些准备?-8.jpg
6 e2 s5 a. G: q- h如果从供应链的角度来说,尤其对于国内电动汽车供应链人来说,我只说一个汽车部件,所有供应链的人估计都要点头,是缺,真是太缺了。
6 g: R: c4 m1 s% `那就是芯片。
7 M" x% E# j9 R% ^6 n芯片,肯定是供应链中的一个重中之重的环节,因为基本都靠进口。2020年的一项排名中,全球前十大车规级半导体厂商中,没有一家国内的企业。所以,如今这年代,不重视囤积芯片的车企,基本都是处于半死不活,欲仙欲死的状态。
. S. l8 [8 i/ J9 n  I/ l' k  i. _而其中的IGBT芯片对于国内供应链来说,更是一个痛点,因为中高端的全部都靠进口。0 `" Y- E1 L2 Z, Y3 _& [
而对于电动车现有的电压平台,如果要升级高压平台,电驱系统的核心部件涉及到IGBT到SIC的转变。3 F% u! s1 L+ k, N! `# U7 q9 V
什么叫IGBT* m! F3 L! ]: {) H: }1 T

3 @, c$ M8 N  ?3 _4 L用硅晶片制作出来的半导体集成电路,叫做硅晶圆。
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- i, _& `/ W9 j* a; Z* d 电动汽车电池800v电压平台技术会是未来的趋势吗?供应链需要做好哪些准备?-9.jpg . u0 Y: P& f: v! e4 @' E1 }: l, j
将硅晶圆进行切割后,得到的最小全功能单元称为管芯,将管芯进行组合装配和封装后,就能得到模块。
( t* _' B8 S# I这个模块,我们就是指的IGBT模块。) K9 `$ T+ u3 }& D

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而IGBT模块的成本约占电驱动系统成本的一半,电机驱动成本占整车成本的15%-20%左右,所以,IGBT占整车成本的约8%-10%,是除了汽车动力电池之外的第二高成本原件。
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: G; ]* d+ D2 B* ?- b* VIGBT为什么说是国内的短板,因为IGBT使用的高压大电流芯片技术含量非常高,IGBT的7代之后的技术都是被国外垄断,英飞凌、ABB、三菱,富士电机,尤其是英飞凌,垄断了所有电动汽车领域的中高端IGBT市场。
& {" I3 h1 o; m' E6 A+ i而我国作为全球最大的IGBT使用市场,自主生产能力还只达到了IGBT的第四代到第五代,而日本已经是成熟的7.5代产品,两者相差距离非常大。现在中国的IGBT产业基本是靠比亚迪撑起来的,比亚迪作为国内车规级IGBT龙头企业,是唯一的一家有IGBT完整产业链的车企,能小批量生产IGBT第五代的产品。
* R' q; G/ H7 D8 Z2 s什么是SIC(碳化硅)
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碳化硅(Silicon Carbide)是C元素和Si元素形成的化合物,目前已发现的碳化硅同质异型晶体结构有200多种,其中六方结构的4H型SiC(4H-SiC)具有高临界击穿电场、高电子迁移率的优势,是制造高压、高温、抗辐照功率半导体器件的优良半导体材料,也是目前综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。
IGBT的下一代的SIC(碳化硅)技术(研发出的成熟SIC耐高温可达200摄氏度,工作频率在100KHZ以上,耐高压可达20KV,种种参数远优于IGBT)也在美国、欧洲、日本开始全面普及。
4 v* U! g6 }/ d- w% a9 b1955年,菲利普实验室就成功制备了碳化硅单晶,而国内的碳化硅技术是从2000年才起步。虽然在国家产业政策的支持和引导下,相关技术在快速发展,也涌出了如比亚迪等能自主研发出完整产业链的企业。但中国的SIC(碳化硅)投入实测的技术来看,依旧和欧美日本等国家成熟技术差距两代。
/ y& |9 F% P5 [  e9 \: n' z" a$ w所以,无论是IGBT还是SIC,对于国内汽车的供应链来说,要从国外采购到转变成国内自制,中高端产品不再受制于人,还需要一个漫长而艰辛的过程。
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