電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/程文智)新能源汽車這兩年銷量是節(jié)節(jié)攀升,其技術(shù)發(fā)展也是日新月異,很多以前在科幻電影中才會見到的酷炫技術(shù)開始被汽車廠商采用,比如抬頭顯示、超大屏幕、自動駕駛等等。最近對于800V高壓平臺成為了一個(gè)熱議的話題,不少車企已經(jīng)推出,或即將推出800V平臺的新能源汽車。
800V高壓平臺儼然成為了一個(gè)發(fā)展趨勢,那么升級800V高壓平臺后,汽車上的電子元器件產(chǎn)品需要有哪些改變呢?據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì),升級800V后,電機(jī)、功率半導(dǎo)體、保險(xiǎn)絲、連接器,以及高壓線束方面都會有一定的影響。接下來讓我們逐個(gè)看看。
電機(jī)的變化
新能源汽車中最重要的是一個(gè)零部件就是電機(jī),它的汽車的動力來源。一般來說,電機(jī)整體體積跟電機(jī)的扭矩成正比,功率不變的話,扭矩越小,體積也將越小,相應(yīng)的重量也就越小了。升級到800V以后,電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以做到2萬轉(zhuǎn),扭矩就可以做小,這樣汽車電機(jī)的用銅和鋁的量就會減少。
電機(jī)的導(dǎo)線外面有一層絕緣漆,隨著電壓升級到800V,對絕緣漆的材料和厚度有更高的要求。另外,800V電機(jī)對絕緣紙(銅線和硅鋼片之間的介質(zhì))和安全距離也提出了更高的要求。這些要求會帶來零部件的升級,電機(jī)成本上升。同時(shí)電壓的升高會帶來電流的提升和溫度的提高,所以800V電機(jī)大部分供應(yīng)商都會選擇使用油冷技術(shù)。由于電機(jī)體積更小以及散熱效率的更高要求,供應(yīng)商更偏好油冷技術(shù)的均勻散熱特點(diǎn)以及高效的散熱效率。
不過,電機(jī)的成本主要是用銅量和鋁量來核算的,耐壓材料(高耐壓絕緣漆)的占比比較少,而800V平臺的電機(jī)銅的成本大約會減少一半,鋁殼用量也會降低,因此,電機(jī)的總體成本可以下降。
在電機(jī)供應(yīng)商方面,國際廠商有博世、聯(lián)合電子、大陸、法雷奧、博格華納等,國內(nèi)有方正在做800V電機(jī)和扁線電機(jī)。但是國際廠商的節(jié)奏會比國內(nèi)廠商慢,響應(yīng)速度慢。此外,國內(nèi)還有匯川、精進(jìn)電動、華域電動也在做扁線電機(jī)。
功率半導(dǎo)體成本會有所上升
電動汽車中另一個(gè)核心部件是電機(jī)控制系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)的CPU、電流電壓采樣的傳感器等元件都需要用到電源,這些電源很多都是從母線獲取的,如今升級到了800V之后,母線電壓也變成了800V,此時(shí)需要從800V轉(zhuǎn)低壓(12V或48V)。
此外,一些輔助系統(tǒng),比如OBC充電、DC/DC、12V系統(tǒng)、信號、娛樂、音響等需要用到電源的地方,也需要相應(yīng)的升級,比如耐壓需要更高等。用到的器件的成本會有一定的提升,有業(yè)內(nèi)人士估計(jì)成本提升在20%~30%之間。
其實(shí),升級到800V平臺,最重要的一個(gè)升級就是電驅(qū),其中,SiC的使用是電驅(qū)升級的核心要點(diǎn)。從SiC本身的特性來說:
耐高溫能力更強(qiáng)(可在200度條件下正常工作,傳統(tǒng)硅基IGBT一般只能在175度以下工作,因此對冷卻系統(tǒng)要求更低);
耐壓特性特別好;
低開關(guān)損耗(IGBT拖尾損耗更高)。
目前主流還是400-500V電壓平臺,未來上800V推快充是為了解決電動車的兩個(gè)核心問題:
里程焦慮;
充電速度慢(理想ONE增程式,小鵬G9高電壓,蔚來換電)。
在傳統(tǒng)400V電壓平臺下,特斯拉推出250kW的超級快充;在800V平臺下,小鵬最新推出400kW快充,充電效率達(dá)到5C,10分鐘能充400公里。
在功率模塊上,雖然硅也能做1000V以上的應(yīng)用,但是SiC可以做到1700V,采用SiC后,功率模塊的體積可以做得更小、功率密度更高。不過,目前750V的條件下,硅基IGBT應(yīng)用的成本邊際效應(yīng)比SiC明顯,但功率和電壓變高后,1200V的SiC更具優(yōu)勢。
碳化硅與硅基IGBT應(yīng)用成本對比:
從逆變器角度說,碳化硅逆變器本身模塊價(jià)格是硅基的2-3倍(英飛凌HPD 1000-1500元,碳化硅4500元)。
碳化硅應(yīng)用后,系統(tǒng)成本更低(對于整車廠而言,應(yīng)用碳化硅不會單一考慮功率器件成本,更重要的是考慮整車成本變化):
以80kWh電池為例,應(yīng)用碳化硅后,NEDC續(xù)航里程可以提升4-5%(有的材料說能做到提升10%,但實(shí)際可能沒有那么高),即節(jié)約電池4-5kWh(10%提升的話能節(jié)省8kWh)。近十幾年來,電動車電池成本已經(jīng)下降了80%,目前是130多美元1kWh(不到1000元)。運(yùn)用碳化硅后,電池體積更小、重量更輕,預(yù)計(jì)電池端成本可以降3000-4000元;
冷卻系統(tǒng)降1000元;
綜合碳化硅應(yīng)用成本上升以及其他系統(tǒng)成本變化,預(yù)計(jì)整車系統(tǒng)成本能夠降低2000-3000元。
也就是說,未來高壓平臺采用SiC器件的數(shù)量將會更多,當(dāng)然,這還需要看SiC的產(chǎn)能情況。
線纜、連接器和熔斷器成本變化
在高壓情況下,熔斷絲和高壓繼電器的內(nèi)部并沒有本質(zhì)的差異,400V和800V耐壓值在工業(yè)應(yīng)用中都屬于低壓用帶你系統(tǒng),原材料的變化不會很大。
在線纜方面,分為電源線和控制線。在電源線中,銅在電纜當(dāng)中的成本比例以前在40%-50%,升級800V后,功率不變,電流將會降低一半,發(fā)熱量只有原來的1/4。假設(shè)原來10塊錢的線,銅占5塊錢,現(xiàn)在銅占2.5元,原來絕緣占5元,現(xiàn)在占6元。整體來看線纜就變成8.5元,大概有15%的降幅。
控制線又分兩種,一種叫高速控制線,比如通信線纜,與CPU和攝像頭、自動駕駛相連,那種線價(jià)值量非常高,一根將近1000元。另一種是普通控制線,控制門窗、空調(diào),此類控制線1米也就幾毛錢。這個(gè)成本不好估算,一般業(yè)內(nèi)的估計(jì)方法是看線纜的單價(jià)多少,大概估一下一個(gè)車用幾百米。20萬的汽油車,這種普通控制線大概2-3KM,一米幾毛錢,總成本1000-2000元。
連接器會在接觸電阻鍍金或鍍銀,未來做成低接觸電阻,產(chǎn)品做小,技術(shù)含量提高,整個(gè)里面的用材減少了,同時(shí)電流變小,散熱需求小,不需要單獨(dú)加冷卻系統(tǒng),價(jià)值量也會下降。假設(shè)原來100安培的連接器,原來400V現(xiàn)在800V,那么原來是400KW,現(xiàn)在是800KW,就不會把導(dǎo)體的用量減小,因?yàn)檫€是100安培。這部分的連接器一般來說成本會上升,會有20%-30%的上升。
另外,電容成本會上升,比如濾波電容基本0.5毫法、400V在300-400元,如果換成800V,價(jià)格可能上升到500多元。
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原文標(biāo)題:?新能源汽車向800V高壓平臺轉(zhuǎn)換對電子元器件產(chǎn)品的影響
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