800V“落地”元年:改变汽车行业的大生意 

分享 收藏 已有 1886 次阅读  2022-05-03 13:28   标签800V  高压  快充 

800V平台架构具有优势,问题是,技术什么时候普及。

欧美车企正在意识到800V平台架构的优势。根据外媒AUTONEWS报道,彼得·西格尔的一篇文章指出,汽车制造商和供应商(想当然地把中国车企排除在外)一致认为,快速充电的800V平台架构具有优势。

不过问题是,技术什么时候普及。

虽说电动车份额目前仅占全球市场的十分之一左右,但汽车制造商和供应商正在为下一代组件做准备,包括固态电池、电驱动系统等。

现在,800V电气系统有望将充电时间缩短一半,大幅减小电池尺寸和成本,并增加动力传输系统效率。

到目前为止,市面上只有少数新车使用800V平台系统,大部分都是标准的400V技术。

这些车型包括:保时捷Taycan、奥迪e-tron GT、现代Ioniq 5和起亚 EV6。Lucid Air豪华轿车采用 900V架构,但专家们称它在技术上还是800V系统。

这里要说明一点,2021年,国内车企早就掀起了一轮800V平台车型的发布热潮。比亚迪、吉利、极狐、现代、广汽、小鹏等都陆续发布了搭载800V平台的车型,其中极氪汽车、小鹏、比亚迪等都将800V平台车型的量产定在了2022年。2022年,可以说是“800V元年”。

有零部件供应商表示,到2030年左右,800V平台架构将成为主导技术,尤其是随着现代 E-GMP和大众汽车集团 PPE(后面统一成SSP平台)等越来越多的专用纯电动平台出现。

“到2025年,进入市场的大部分应用将是800V,”GKN电动传动系统部门总裁Dirk Kesselgruber如此表示,而GKN是采用该技术的几家Tier1之一。

GKN正在为客户提供 800V组件,例如电动车桥e-axles,并计划在2025年开始批量生产,“我们认为它将成为主流,现代汽车已经证明它在价格上具有竞争力。”而其他的供应商也响应了他的热情。

“800V是BEV发展中合乎逻辑的下一步,”纬湃科技(Vitesco Technologies)创新电力电子部门负责人Alexander Reich对媒体表示。

纬湃科技已获得800V组件的大合同,包括为现代的E-GMP平台提供EMR4逆变器、为北美主要汽车制造商福特提供逆变器以及为中国的电动车制造商提供电动机等。

2022年1月,纬湃科技宣布已与福特汽车(当时没说名字)签署协议,从2025年开始供应800V SiC逆变器。这笔交易价值10亿欧元(10.8亿美元)。

纬湃科技的电气化技术业务部门负责人Thomas Stierle说:“最新的订单清楚地证明了这一点,汽车驱动系统的电气化发展比以往任何时候都快。”

而博格华纳也已赢得多个800V订单,其中包括为一家没透露名字的中国豪华品牌提供的集成电驱动模块订单。

博格华纳首席技术官 Harry Husted 通过电子邮件表示:“800V行业的增长速度超过了几年前的预期,我们感受到了客户的浓厚兴趣。”

01

为什么改变?

与现有的400V平台系统相比,800V系统有何优势?

纬湃的专家Reich说,优点很多,首先是它们可以以较低的电流提供相同数量同等的功率,“通过将电压加倍并具有相同的电流,可以提供两倍的能量输入车辆。”而且,主要好处是相同尺寸电池的充电时间快了大约 50%。

如果充电时间足够快,“电动汽车就不需要1,000公里的续航里程。” 因此,动力电池可以做得更小,整体重量减轻,从而提高效率。

同时,由于更高的电压以及更少的电流,因此可以将电缆和电线做得更小更轻,从而减少昂贵且笨重的铜的消耗。

而且,由于损失的能量也更少,这意味着更好的续航里程和更好的运动性能,也就不需要更复杂的热管理系统来确保电池在最佳温度下工作。

当与新兴的碳化硅SiC芯片配合使用时,800V平台系统可以将动力总成效率提高至少5%。

有供应商表示,由于新的碳化硅SiC芯片纯硅的用量较少,会降低成本,并且可以为汽车行业提供更多芯片。毕竟,其他行业倾向于使用全硅芯片,与汽车制造商争夺晶圆厂的产能。

GKN的Kesselgruber说:“把所有东西放在一起,800V就真的很重要。”但是,对于大多数基于400V系统的现有充电站,800V架构的车型需要基于800V的充电设施才能充分利用。

“大部分现有的直流快充基础设施都是为400V汽车服务的,”博格华纳的Husted说,“为了实现 800V的更快充电,将需要最新一代的高压、大功率直流快速充电器。”

但迄今为止,欧洲高速公路的公共充电网络是有限的。“加油必须像在加油站加油一样快,” Husted说,“这是800V充电才能做到的。”

而欧洲正在见证此类网络的兴起。比如,Ionity是一家得到了宝马、戴姆勒、福特、现代和大众集团支持的公司,拥有多个800V、350kW的高速公路充电站。而在350kW的充电桩上充电5~7分钟可续航100公里,与喝杯咖啡的时间差不多。

采埃孚电气化动力总成技术高级副总裁Otmar Scharrer指出,“这真的是在改变游戏规则,这将推动人们接受电动汽车。”

根据保时捷最近的一份报告,在一个典型的50千瓦、400V的充电站,增加250英里续航里程大约需要充电80分钟。

在100kW下,降至40分钟。保时捷表示,如果充电插头能够被冷却(增加成本、重量和系统的复杂性),这个时间可能会缩短到30分钟。

而800V充电时,充电时间将降至15分钟左右。因此,“为了缩短充电时间,转向更高电压是不可避免的。”再考虑到支付时间,“因此‘充电就像加油’的目标已经触手可及。”

保时捷的同门“兄弟”奥迪则表示,A6 Avant e-tron概念车基于与Taycan相同的PPE架构,在800V快充站只需10分钟即可行驶约186英里。

02

更小的电池

我们可以设想,如果行业普及采用800V系统,那就不再需要更大的电池来消除“里程焦虑”,这是不是意味着汽车制造商可以选择使用更小的电池组呢?

采埃孚的Scharrer表示,由于电动车的成本仍无法与燃油车相提并论,因此从哲学和商业角度来看,更小的电池可能是更好的选择。他说,为现代Ioniq 5等主流紧凑型汽车配备非常大的电池“毫无意义”。

在Scharrer看来,这种车辆的理想电池容量为55kWh,与现代提供的较小的58kWh选择一致,也就是把5~80%的充电时间下降到10分钟。

车辆和充电设施中的800V组件以及改进的芯片相结合,可以实现这一目标。“这是一个相当大的挑战,但已经在实验室中试验了。”

“我们必须扪心自问,使用我们从地球上挖出的大量珍稀材料(如锂或钴)是否有意义,这些材料重量很重,而且成本很高,只是为了(车主们)每个季度一两次长途旅行,”Scharrer说。

还有一个值得一问的是,为什么几乎所有电动汽车仍然基于400V系统,包括市场引领者特斯拉和大众的系统。Scharrer 和其他(欧洲)专家认为,答案部分在于便利和惯例。

欧洲典型的房屋使用380V三相交流电,因此当汽车制造商开始推出插混车型和纯电动出行时,充电基础设施就已经存在。

第一波电动汽车是建立在为插混车型开发的组件之上的,这些组件基于400V。同时,因为是中国引领的新能源浪潮,欧洲的车企和供应商们完全没有反应过来。

奥迪e-tron GT是少数使用800V系统的新车之一,但GKN的Kesselgruber认为保时捷是800V系统的先驱,它专注于性能而不是实用性,“保时捷让自己重新思考我们从过去传承的东西:它真的是最优的,还是我们可以从头开始设计?”他说,“这就是成为高性能汽车制造商的美妙之处。”

而供应商们表示乐观,认为更多800V纯电动车上市只是时间问题。800V几乎没有技术挑战,但需要开发和验证组件。成本才是问题,但规模、更小电池的前景和更少的铜使用会带来成本的利益。

沃尔沃、极星Polestar、Stellantis和通用汽车都表示,未来的车型将使用800V技术。而大众集团正计划在PPE平台上推出一系列车辆,包括新款Macan和基于新款A6 Avant e-tron概念的旅行车。

欧美的车企们在筹划,而国内汽车制造商已宣布将转向800V架构,包括小鹏、蔚来、理想汽车和比亚迪,以及吉利旗下的路特斯,路特斯刚刚展示了即将推出的Eletre SUV。

03

绝配:SiC逆变器

实际上,除了800V技术,与其兼容的SiC逆变器也是定义下一代汽车应用的关键技术。

逆变器是电驱动系统的关键部分。简而言之,它的作用是将动力电池提供的直流电(DC)转换为用于车辆牵引电机的交流电(AC),再转换为直流电以启用再生制动,最后在踩下油门时控制电机速度。

可以说,没有逆变器的汽车“寸步难行”。那么,逆变器发挥如此重要的作用,围绕逆变器技术的创新,在许多利益相关者的议程中占据重要位置也就不足为奇了。所以,掌握下一代逆变器技术,会是非常有利可图的业务。

兼容800V的逆变器的应用,一个例子是前面所讲的现代Ioniq 5。现代曾于2020年12月宣布,将为即将推出的EV系列过渡到兼容800V的模块化架构,到2025年将发布23款车型。

Ioniq 5是该系列中的第一款,一个关键卖点就是充电速度。通过200kW超快充技术,Ioniq 5可以在不到18分钟的时间内从10%充到80%,增加大约200英里的续航里程。这种潜力,令许多参与者争相生产功能更强大的逆变器。

就在3月,迈凯轮应用(McLaren Applied)首次展示了其即将推出的800V逆变器。迈凯轮应用声称,其第5代逆变器平台“正朝着量产的方向发展”,并将提供“一流的效率和功率密度”,这得益于公司通过一级方程式比赛努力实现的加速开发。

同时,碳化硅SiC的使用还允许“使用更快、更高效、更轻便的动力传动系统”。

通过利用碳化硅SiC,迈凯轮的逆变器可以比传统逆变器更高效地切换电源,同时产生更少的热量,从而允许客户使用更小的冷却系统并通过扩展来减轻重量和降低成本。电池尺寸也可以通过相同的逻辑来减小。

“在整个行业中,我们看到了技术的快速进步,” 迈凯轮应用的非执行主席尼克弗莱说,“如果OEM (指车企)想要保持竞争力并提供具有更高续航里程、更快充电时间和更好加速的车辆,他们必须过渡到800V SiC架构。”

实际上,迈凯轮并不是唯一看到800V SiC逆变器巨大潜力的玩家。例如,蔚来汽车于2021年6月宣布,为ET7车型生产的SiC材质的第二代电驱动系统的C样件(批量样件hard tooling,用于工艺和生产试验验证)已经下线。

市场发展速度激发了人们对缩短逆变器开发时间解决方案的兴趣。例如,在最近的 Mobex网络研讨会上,瑞萨电子详细介绍了它如何提供系统级功能安全支持,以帮助其客户在生产逆变器产品的同时缩短开发时间。

以减少开发时间为主题,Drive System Design(驱动系统设计公司DSD,英国公司)也相信它为这个不断增长的细分市场提供了有用的解决方案。

它开发了所谓的“开放平台逆变器”(OPI),这是一种“高度可定制的逆变器硬件,搭配灵活、模块化且易于配置的即插即用软件”。

至于整个逆变器市场,业内的共识是向SiC逆变器的转变正在迅速到来。在降低重量和成本的同时提高充电和热效率,以及提升功率的潜力,意味着它为Tier1们提供了一系列有吸引力的优势。

预计碳化硅技术将加速从Taycan等超跑车型过渡到大众市场车型。

另外,苏州易为联科电子科技有限公司立足于600V高压PTC水加热器的成熟技术,开发出800VPTC水暖加热器,并开始量产工作。800V高压PTC水加热器的安全性和可靠性在实际装车中得到了验证。

注:本文部分编译自《AUTONEWS》。


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