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​新能源汽车向800V高压平台转换对电子元器件产品的影响

文字:[大][中][小] 2022-08-04 10:55:44    浏览次数: 94     

电子发烧友网报道(文/程文智)新能源汽车这两年销量是节节攀升,其技术发展也是日新月异,很多以前在科幻电影中才会见到的酷炫技术开始被汽车厂商采用,比如抬头显示、超大屏幕、自动驾驶等等。最近对于800V高压平台成为了一个热议的话题,不少车企已经推出,或即将推出800V平台的新能源汽车。


800V高压平台俨然成为了一个发展趋势,那么升级800V高压平台后,汽车上的电子元器件产品需要有哪些改变呢?据业内人士预计,升级800V后,电机、功率半导体、保险丝、连接器,以及高压线束方面都会有一定的影响。接下来让我们逐个看看。


电机的变化

新能源汽车中最重要的是一个零部件就是电机,它的汽车的动力来源。一般来说,电机整体体积跟电机的扭矩成正比,功率不变的话,扭矩越小,体积也将越小,相应的重量也就越小了。升级到800V以后,电机的转速可以做到2万转,扭矩就可以做小,这样汽车电机的用铜和铝的量就会减少。


电机的导线外面有一层绝缘漆,随着电压升级到800V,对绝缘漆的材料和厚度有更高的要求。另外,800V电机对绝缘纸(铜线和硅钢片之间的介质)和安全距离也提出了更高的要求。这些要求会带来零部件的升级,电机成本上升。同时电压的升高会带来电流的提升和温度的提高,所以800V电机大部分供应商都会选择使用油冷技术。由于电机体积更小以及散热效率的更高要求,供应商更偏好油冷技术的均匀散热特点以及高效的散热效率。


不过,电机的成本主要是用铜量和铝量来核算的,耐压材料(高耐压绝缘漆)的占比比较少,而800V平台的电机铜的成本大约会减少一半,铝壳用量也会降低,因此,电机的总体成本可以下降。


在电机供应商方面,国际厂商有博世、联合电子、大陆、法雷奥、博格华纳等,国内有方正在做800V电机和扁线电机。但是国际厂商的节奏会比国内厂商慢,响应速度慢。此外,国内还有汇川、精进电动、华域电动也在做扁线电机。   


功率半导体成本会有所上升

电动汽车中另一个核心部件是电机控制系统,系统内的CPU、电流电压采样的传感器等元件都需要用到电源,这些电源很多都是从母线获取的,如今升级到了800V之后,母线电压也变成了800V,此时需要从800V转低压(12V或48V)。


此外,一些辅助系统,比如OBC充电、DC/DC、12V系统、信号、娱乐、音响等需要用到电源的地方,也需要相应的升级,比如耐压需要更高等。用到的器件的成本会有一定的提升,有业内人士估计成本提升在20%~30%之间。


其实,升级到800V平台,最重要的一个升级就是电驱,其中,SiC的使用是电驱升级的核心要点。从SiC本身的特性来说:

  1. 耐高温能力更强(可在200度条件下正常工作,传统硅基IGBT一般只能在175度以下工作,因此对冷却系统要求更低);

  2. 耐压特性特别好;

  3. 低开关损耗(IGBT拖尾损耗更高)。


目前主流还是400-500V电压平台,未来上800V推快充是为了解决电动车的两个核心问题:

  1. 里程焦虑;

  2. 充电速度慢(理想ONE增程式,小鹏G9高电压,蔚来换电)。


在传统400V电压平台下,特斯拉推出250kW的超级快充;在800V平台下,小鹏最新推出400kW快充,充电效率达到5C,10分钟能充400公里。


在功率模块上,虽然硅也能做1000V以上的应用,但是SiC可以做到1700V,采用SiC后,功率模块的体积可以做得更小、功率密度更高。不过,目前750V的条件下,硅基IGBT应用的成本边际效应比SiC明显,但功率和电压变高后,1200V的SiC更具优势。


碳化硅与硅基IGBT应用成本对比:

  1. 从逆变器角度说,碳化硅逆变器本身模块价格是硅基的2-3倍(英飞凌HPD 1000-1500元,碳化硅4500元)。

  2. 碳化硅应用后,系统成本更低(对于整车厂而言,应用碳化硅不会单一考虑功率器件成本,更重要的是考虑整车成本变化):

  • 以80kWh电池为例,应用碳化硅后,NEDC续航里程可以提升4-5%(有的材料说能做到提升10%,但实际可能没有那么高),即节约电池4-5kWh(10%提升的话能节省8kWh)。近十几年来,电动车电池成本已经下降了80%,目前是130多美元1kWh(不到1000元)。运用碳化硅后,电池体积更小、重量更轻,预计电池端成本可以降3000-4000元;

  • 冷却系统降1000元;

  • 综合碳化硅应用成本上升以及其他系统成本变化,预计整车系统成本能够降低2000-3000元。


也就是说,未来高压平台采用SiC器件的数量将会更多,当然,这还需要看SiC的产能情况。


线缆、连接器和熔断器成本变化

在高压情况下,熔断丝和高压继电器的内部并没有本质的差异,400V和800V耐压值在工业应用中都属于低压用带你系统,原材料的变化不会很大。


在线缆方面,分为电源线和控制线。在电源线中,铜在电缆当中的成本比例以前在40%-50%,升级800V后,功率不变,电流将会降低一半,发热量只有原来的1/4。假设原来10块钱的线,铜占5块钱,现在铜占2.5元,原来绝缘占5元,现在占6元。整体来看线缆就变成8.5元,大概有15%的降幅。


控制线又分两种,一种叫高速控制线,比如通信线缆,与CPU和摄像头、自动驾驶相连,那种线价值量非常高,一根将近1000元。另一种是普通控制线,控制门窗、空调,此类控制线1米也就几毛钱。这个成本不好估算,一般业内的估计方法是看线缆的单价多少,大概估一下一个车用几百米。20万的汽油车,这种普通控制线大概2-3KM,一米几毛钱,总成本1000-2000元。


连接器会在接触电阻镀金或镀银,未来做成低接触电阻,产品做小,技术含量提高,整个里面的用材减少了,同时电流变小,散热需求小,不需要单独加冷却系统,价值量也会下降。假设原来100安培的连接器,原来400V现在800V,那么原来是400KW,现在是800KW,就不会把导体的用量减小,因为还是100安培。这部分的连接器一般来说成本会上升,会有20%-30%的上升。


另外,电容成本会上升,比如滤波电容基本0.5毫法、400V在300-400元,如果换成800V,价格可能上升到500多元。


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