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1000V高压系统就要来了,整车开发该怎么应对?

刘敢闯 刘敢闯

纯电动汽车的接受程度很大程度取决于其续航里程与充电的便利性,800V甚至1000V的系统通过提升系统电压与电流,使得充电功率大大增加,从而缩短充电时间。对于在家或公司没法充电,没有固定充电位的车主来说,超级快充带来很大的方便性,而充电时间的减少也可以减少车主里程的焦虑,提高车辆的使用率,对电动汽车的市场推广起到很大帮助。

1、1000V快充下电池容量的选择

下面这个图显示了在不同功率充电的情况下城际间行驶,内燃机车与纯电动车辆的使用时间,对续航里程为300英里的BEV与内燃机车对比,在图示的条件下,行驶525英里,两者的总时间仅相差8分钟,因此在超级快充条件下,BEV在便利上可以说与传统内燃机车无太大差距了。

图片来源:Enabling Fast Charging: A Technology Gap Assessment

但也可以从另外的方面考虑,即便是单体一致的情况下,快充功率与电池容量之间其实并非直线相关的,同时整车能耗也会升高,而电池容量大也意味着成本会上升,因此在综合使用场景、电池成本及经济性方面考虑,选择合适的电池系统而非最大化的电池系统是要重点思考的问题。

2、1000V快充下电气架构的研发

1000V系统由于电压的升高,线缆线经相应可以得以降低,同时充放电倍率的提升也可以提高车辆的动力性能及再生制动使用率,但相较于现存成熟的400V系统来说,电气架构设计也带来新的挑战。

首先,电气架构上,1000V级别的功率电子部件虽然在工业上有所应用,但真正达到车用级别的还不多,尤其是在前期,在架构设计时,整个架构采用成熟的400V系统与1000V系统融合的方案,还是重新开发整车1000V系统,值得我们从经济与技术上进行思考。

其次,电气安全上,电压提升会绝缘及爬电距离要求更高,这时对高压安全的保护要进行相应的加强,对高压电气部件的体积、重量及成本会也会带来影响。

再者,电池系统上,电压升高意味着串联的个数更多,大电流充放电则对电芯提出很高的要求,两者对电池的管理与均衡带来新的挑战,电压电流也对SOC预测产生影响,对传感器的要求也会更加严格。

3、1000V快充下电力电子系统的影响

1000V级别的电力电子部件应考虑接插件及功率部件的耐压条件,在现存的功率电子部件,如Inverter,内部的薄膜电容及系统驱动控制、电流传感器等均需要使用高绝缘要求的部件。

高电压对电机的设计在电机绝缘、绕组及电磁设计方面也有影响,高电压使得电机的功率密度得以提升,基速也可以更高,但是由于绝缘材料的影响等可能会使得其热管理性能变差,为提升其热管理性能又反过来影响其功率密度。

1000V超级快充电气架构下,整车的热管理系统将带来新的挑战,对相关的材料、结构及热管理系统等可靠性的研究将非常有必要,热管理性能将直接影响整车及功率部件的可靠性及安全性。

4、1000V快充下充电安全及网络安全的影响

由于1000V超级快充主要使用直流充电,这样,车辆与EVSE之间的通信成为网络安全的一个节点,黑客可以通过车桩充电过程中或者模拟相关行为,对车或桩进行攻击,从而影响基础设施及整车的网络安全,因此,在充电的实用性与安全性上,在进行整车网络架构及两者交互通信的设计时,应在满足其正常充电功能的基础上,保证网络安全。

小结:

车辆的使用场景在整车设计时应充分考虑,这对整车电池系统的选型至关重要。在综合考虑对于车辆设计工况等的条件下,对整车系统电气架构与网络架构进行设计,同时对功率电子器件的体积、重量及零部件的成本等进行考虑。

当然,1000V的系统开发牵涉到电气架构、电池、电机电控和基础设施等整个产业链的发展,虽然不能一蹴而就,但最终实现起来,我还是比较期待和看好的。

参考资料:Enabling Fast Charging: A Technology Gap Assessment

来源:第一电动网

作者:刘敢闯

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