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800V电驱动技术及背后的供应商

2022-02-07 汽车电子与软件 阅读:
800V从规划走向了落地,从Tier1的进程来看,个人感觉800V的大规模批产上市时间可能在2023年。

800V从规划走向了落地,从Tier1的进程来看,个人感觉800V的大规模批产上市时间可能在2023年。虽然800V有诸多好处,但大规模普及也存在很大压力。wPMednc

在2021年新能源市场大涨,全年销量超过350万辆的背景下,怎样继续挖掘新能源亮点,体现品牌差异性成为下一步产品研发的方向,因此除智能化的配置外,大功率快充、高效率便成为讨论的重点。对应的方向为提升电流或者提升电压,但由于提升电流会引起电子部件的发热,产生热害风险的同时也会影响工作效率,所以提升电压(800V)成为主流的解决方案。wPMednc

800V架构的优势与要求wPMednc

800V应用之后将带来两个方面优势,一是快速提升电池充电速度;二是提升效率,在同等电量情况下,延长续驶里程。wPMednc

当前800V架构的主要营销点也是围绕充电速度来展开的。以保时捷Taycan为例,采用800V高压平台后,23分钟电量即可从0充到80%SOC。极狐S-华为版本也可实现15分钟30-80%的充电值,解决电动车型快速补能的痛点。(当然前提是需要有与之配合的充电桩)wPMednc

受制于整车其他部件的妥协性,800V还需兼顾其他高压部件的技术进展,因此就会出现多电压平台共存的现象。同样以保时捷Taycan为例,动力电池、电驱动和高压PTC支持800V平台,电动空调支持400V平台,底盘控制为48V平台,整车供电为传统12V平台。此外,为了兼容市场上400V平台充电桩,还增加了一个400=>800V的升压充电装置。wPMednc

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抄的朱校长的图wPMednc

对于电驱动而言,虽然理论上400V电驱动平台也可在800V架构下使用,但几乎没有企业采用。从整车层面来考虑,未来希望电驱动部件变得更小、更轻、更安静、效率更高以及成本更低。高压800V则很好的契合了这一点,当然与之一同应用的还有高频和高速,以及多部件的高速集成。同时也正是因为这些优势,高压平台不仅在电动车型(电池本身800V),同时也在混动车型上得到应用(通过升压模块后,电驱动工作电压平台大于电池平台,但不一定是800V,事实上目前最高在750V左右)。wPMednc

相比IGBT,Mosfet少一组PN结结构,导通损耗更低。wPMednc

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同时在碳化硅材料的加持下,Mosfet不仅能应用在高压环境下,同时结构更薄,使得在高频情况下效率更高,因此在800V架构下碳化硅Mosfet技术得到重视,这也是通常情况下两者一同出现的原因。除Mosfet外,二极管也采用了碳化硅材料。wPMednc

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此外,在高频条件下为了更好的解决杂散电感谐波对电子元器件的冲击,目前通过应用叠层母排集成电容的方式来提升滤波性能,降低影响。wPMednc

对于机械部件而言,重要的关注点是高速。当前主要应用的电机最高转速大约在15000转左右,下一代的开发方向是18000转左右,部分企业在研发20000转左右的产品。高转速最直接的影响是齿、轴、轴承等部件的要求,背后便是系统散热的要求。目前在开发的油冷电机便是为了实现更好的冷却性能。更有甚者采用水、油混合冷却的方案。如华为目前在应用的油冷电驱动产品,内部定子、转子和减速器采用油冷方案,外壳体采用水冷散热,通过热交换器将冷却油和冷却水热量交换,从而更好的实现冷却性能。wPMednc

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另外便是漆包线和绝缘材料的要求,这两点主要受高压和油冷的影响。高压漆包线需要增加PDIV值,当前尚无明确的方案,部分企业采用PI漆膜或者PeeK线材来应对。wPMednc

还有一个容易忽略的点便是电机与减速器的油封设计。随着电机转速越来越高,传统的橡胶油封密封性受到挑战,虽然腔内油冷电机已经开始应用,但仍有部分企业采用水冷技术,或者采用油冷、水冷共平台技术,因此密封技术需要重点关注。wPMednc

哪些企业在应用800V技术?wPMednc

目前已经有诸多整车企业发布了800V产品的计划,下图为部分统计结果(仅统计纯电动车型,混动车型方面比亚迪DMI、本田IMMD和丰田THS也均采用了升压的方案)。车型上市时间集中在2022年到2023年之间。此外,通用奥特能、现代E-GMP、保时捷PPE都是整车平台上支持800V,吉利为SEA架构支持800V,其他企业集中在车型层面的技术应用。wPMednc

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臻驱科技wPMednc

由臻驱科技与上汽大众共同开发的首个基于碳化硅SiC技术的“三合一”电驱动系统试制完成并亮相大众IVET创新技术论坛。经上汽大众测试,这款搭载臻驱科技碳化硅SiC电控的“三合一”电驱动系统可提升ID 4X车型至少4.5%的续航里程。wPMednc

臻驱科技在2021年上半年便与上汽大众开启了该预研项目的合作,为上汽大众独家开发匹配MEB平台“三合一”电桥的碳化硅SiC电机控制器。wPMednc

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为上汽大众定制开发的这台电机控制器采用了日本罗姆ROHM最新发布的第四代碳化硅SiC芯片。wPMednc

此外,臻驱科技与舍弗勒共同开发包括800V碳化硅电桥等电驱动总成产品。wPMednc

天津松正wPMednc

面向纯电动汽车、混动和插电式混合动力车,松正开发了五款800V扁线电机。功率分别为200kW、250kW、320kW、500kW和160kW,转矩从320Nm、400Nm、450Nm、700Nm到330Nm,转速则覆盖18000rpm、12000rpm和13000rpm。这些电机的冷却方式均为油冷。wPMednc

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截至到目前为止,松正已经拿到了多个800V扁线电机项目,分别来自一汽-大众和国内某家自主品牌主机厂。wPMednc

中车时代电气wPMednc

中车时代电气C-Car平台孵化的全新一代产品C-Power 220s采用第三代半导体材料碳化硅,其系统功率密度≥2.75kW/kg,系统效率最高可达94%,可适应当前新能源汽车高频快充、长续航、高安全的需求,并广泛适配于高端轿车、SUV等车型,可灵活前后置搭载。wPMednc

C-Power 220s所搭载的完全自主化的SiC器件、电流传感器分别来自于中车时代半导体、宁波中车时代。wPMednc

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汇川技术wPMednc

小鹏的800V高压SIC平台的量产车采用的是汇川提供的800V高压产品。汇川表示,第四代动力总成的核心部件将会采用SiC材料,通过模块化、轻量化、平台化的设计,使其拥有体积小、重量轻、高功率密度和高效率的特点。同时,将根据市场需求,可满足在800V高压环境下的使用,并且其电机部分也可根据需要搭配同步电机或者异步电机。wPMednc

华为wPMednc

华为推出了AI闪充高压动力域解决方案,包含了电驱动系统、车载充电机、热管理系统、BMS、充电模块。当前AI闪充第一个版本达到15分钟充电30%—80%。四驱高压电驱动系统可实现3.5s级百公里加速,NEDC效率可达86.6%,提升续航里程5%左右。高压OBC小体积,轻量化,拥有专利防凝露连接器及U形立体式散热水道,且经过230多种全球严苛异常电网的测试。在充电基础设施层面,华为推出了200-1000V的宽电压范围,高效率的充电模块,支持高压演进。阿尔法S全新HI量产版、阿维塔11将采用华为的高压产品。wPMednc

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方正电机wPMednc

方正电机表示公司基于800V碳化硅平台等驱动电机目前已有客户项目定点,正在开发之中,预计将于2022年第三季度量产。wPMednc

纬湃科技wPMednc

基于EMR3及前几代轴驱系统成功的研发及工业化专业知识,纬湃科技在2021年7月份全球首发兼容800V电压平台的第四代三合一电驱动产品EMR4。采用8层扁线发卡技术的高压电机基础研发属于全球性项目。而纬湃科技将选择在中国天津工厂投入全新的产线,并有望在2023年投入量产。wPMednc

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从2021年开始纬湃科技拿下多家车企的800V订单:wPMednc

2021年3月,纬湃获得韩国现代汽车价值数亿欧元的800V碳化硅逆变器订单。2025年,800V技术将被运用于现代汽车的11款新电动车。wPMednc

2021年9月,纬湃科技表示,将为中国某头部主机厂800伏电动汽车平台动力系统配套生产电机定转子。wPMednc

2021年12月,纬湃称,长城汽车中高端电气化平台将配套其新一代高压逆变器,订单金额超数十亿人民币。第四代高压逆变器采用模块化设计及定制化的门级驱动芯片。该逆变器可根据客户需求适配不同功率、不同模块(硅基/碳化硅)的应用。wPMednc

2022年1月,纬湃科技获北美头部汽车制造商价值超10亿欧元的订单,将提供数百万个采用碳化硅技术的800V逆变器。wPMednc

博格华纳wPMednc

博格华纳第四代Viper模块将采用碳化硅MOSFET代替硅基的IGBT芯片。相比硅基IGBT,碳化硅MOSFET在同等电流条件下损耗明显降低。此外, 结合800V的高压技术,采用第四代Viper的电机控制器功率密度将提升25%,体积减小30%,质量减轻40%。wPMednc

第四代Viper功率模块将继续沿用第二代Viper无绑定线、双面水冷的封装设计理念,产品大小规格大体上将保持不变。博格华纳将采用柔性生产方式,将第四代与第二代Viper实现共线生产,根据客户的需求灵活调整生产任务。wPMednc

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博格华纳基于第四代Viper的模块的800V电机控制器目前已经获得北美、德国和国内整车企业客户订单,预计将在2024年实现量产。该电机控制器可满足200kW-250kW单电机的功率响应需求,并且可根据客户的需求,集成升压boost和降压DCDC,实现灵活组合。wPMednc

在PTC方面,博格华纳展出的液体加热器也提供了兼容800V电压可选项。wPMednc

采埃孚wPMednc

采埃孚开发出了一种具有高度可扩展性、模块化的逆变器架构,可以最大限度地确保整车制造商在400伏和800伏两个电压等级的电机中进行灵活的选择。wPMednc

模块化逆变器平台脱离了预设半导体的技术局限,其设计不仅可以帮助汽车制造商实现从硅到碳化硅的技术过渡,同时也为顺应未来的半导体行业的发展趋势做好了准备。wPMednc

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采埃孚表示将于2022年底在杭州工厂生产800伏三合一系统。沈阳工厂将从2023年起先后投产400伏和800伏电驱动桥。目前它正在将多个800伏项目导入生产,其中为一家中国OEM的多款车型提供800伏电驱动桥,同时也为一家欧洲跑车制造商供应800伏逆变器。wPMednc

舍弗勒wPMednc

2021德国国际汽车及智慧出行博览会(IAA Mobility)上,舍弗勒首次展示了一款自主开发的800V电机控制器,适用于高性能汽车电驱动桥系统。wPMednc

日立wPMednc

日立为保时捷Taycan提供了基于Si-IGBT技术的800V的逆变器。日立开发的逆变器改良了整体的绝缘设计,推出了内置IGBT芯片的耐压从700V扩大至1,200V的功率模块。该模块匹配800V系统,达到了94kVA/L的功率密度,是传统逆变器的2倍电压,及2.75倍的输出功率密度。wPMednc

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博世wPMednc

博世与江淮在上海签订战略合作框架协议,双方将在400V和800V电驱系统、碳化硅逆变器和电驱桥全方面开展合作。其中,400V单减速器系统将用于轻卡等商用车,预计今年年底具备小幅量产能力。800V高压电驱系统匹配全新乘用车产品,伴随而来的还有逆变器的核心,即新一代功率半导体碳化硅芯片。wPMednc

吉凯恩wPMednc

吉凯恩采用800V技术的未来系统处于开发阶段,并在实际条件下进行测试。吉凯恩表示目前正与汽车制造商合作将eDrive系统投入生产。wPMednc

总结wPMednc

800V的车型终于要来了,从2018年开始关注,到2022年新车大量量产,接近4年的时间,800V从规划走向了落地。从Tier1的进程来看,个人感觉800V的大规模批产上市时间可能在2023年。虽然800V有诸多好处,但从充电生态建设来看,短期内(3年内)大规模普及也存在很大压力,同时对于普通家用车型而言,尤其是家里有充电桩的用户,这些好处明显也是过剩的(目前来看,成本也不支持800V进入普通家用)。因此800V技术短期内对于电动车而言更像一个锦上添花的技术,整车企业还是应该更专注在400V平台,提升安全,降低成本,来满足大众消费者对新能源车型的需求,做到真正的油车替代。wPMednc

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