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?新能源汽車向800V高壓平臺轉換對電子元器件產品的影響

文字:[大][中][小] 2022-08-04 10:55:44    瀏覽次數: 70     

電子發燒友網報道(文/程文智)新能源汽車這兩年銷量是節節攀升,其技術發展也是日新月異,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熱議的話題,不少車企已經推出,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發展趨勢,那么升級800V高壓平臺后,汽車上的電子元器件產品需要有哪些改變呢?據業內人士預計,升級800V后,電機、功率半導體、保險絲、連接器,以及高壓線束方面都會有一定的影響。接下來讓我們逐個看看。


電機的變化

新能源汽車中最重要的是一個零部件就是電機,它的汽車的動力來源。一般來說,電機整體體積跟電機的扭矩成正比,功率不變的話,扭矩越小,體積也將越小,相應的重量也就越小了。升級到800V以后,電機的轉速可以做到2萬轉,扭矩就可以做小,這樣汽車電機的用銅和鋁的量就會減少。


電機的導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電機對絕緣紙(銅線和硅鋼片之間的介質)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,電機成本上升。同時電壓的升高會帶來電流的提升和溫度的提高,所以800V電機大部分供應商都會選擇使用油冷技術。由于電機體積更小以及散熱效率的更高要求,供應商更偏好油冷技術的均勻散熱特點以及高效的散熱效率。


不過,電機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平臺的電機銅的成本大約會減少一半,鋁殼用量也會降低,因此,電機的總體成本可以下降。


在電機供應商方面,國際廠商有博世、聯合電子、大陸、法雷奧、博格華納等,國內有方正在做800V電機和扁線電機。但是國際廠商的節奏會比國內廠商慢,響應速度慢。此外,國內還有匯川、精進電動、華域電動也在做扁線電機。   


功率半導體成本會有所上升

電動汽車中另一個核心部件是電機控制系統,系統內的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,此時需要從800V轉低壓(12V或48V)。


此外,一些輔助系統,比如OBC充電、DC/DC、12V系統、信號、娛樂、音響等需要用到電源的地方,也需要相應的升級,比如耐壓需要更高等。用到的器件的成本會有一定的提升,有業內人士估計成本提升在20%~30%之間。


其實,升級到800V平臺,最重要的一個升級就是電驅,其中,SiC的使用是電驅升級的核心要點。從SiC本身的特性來說:

  1. 耐高溫能力更強(可在200度條件下正常工作,傳統硅基IGBT一般只能在175度以下工作,因此對冷卻系統要求更低);

  2. 耐壓特性特別好;

  3. 低開關損耗(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核心問題:

  1. 里程焦慮;

  2. 充電速度慢(理想ONE增程式,小鵬G9高電壓,蔚來換電)。


在傳統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應用的成本邊際效應比SiC明顯,但功率和電壓變高后,1200V的SiC更具優勢。


碳化硅與硅基IGBT應用成本對比:

  1. 從逆變器角度說,碳化硅逆變器本身模塊價格是硅基的2-3倍(英飛凌HPD 1000-1500元,碳化硅4500元)。

  2. 碳化硅應用后,系統成本更低(對于整車廠而言,應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,應用碳化硅后,NEDC續航里程可以提升4-5%(有的材料說能做到提升10%,但實際可能沒有那么高),即節約電池4-5kWh(10%提升的話能節省8kWh)。近十幾年來,電動車電池成本已經下降了80%,目前是130多美元1kWh(不到1000元)。運用碳化硅后,電池體積更小、重量更輕,預計電池端成本可以降3000-4000元;

  • 冷卻系統降1000元;

  • 綜合碳化硅應用成本上升以及其他系統成本變化,預計整車系統成本能夠降低2000-3000元。


也就是說,未來高壓平臺采用SiC器件的數量將會更多,當然,這還需要看SiC的產能情況。


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部并沒有本質的差異,400V和800V耐壓值在工業應用中都屬于低壓用帶你系統,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,發熱量只有原來的1/4。假設原來10塊錢的線,銅占5塊錢,現在銅占2.5元,原來絕緣占5元,現在占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,此類控制線1米也就幾毛錢。這個成本不好估算,一般業內的估計方法是看線纜的單價多少,大概估一下一個車用幾百米。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,產品做小,技術含量提高,整個里面的用材減少了,同時電流變小,散熱需求小,不需要單獨加冷卻系統,價值量也會下降。假設原來100安培的連接器,原來400V現在800V,那么原來是400KW,現在是800KW,就不會把導體的用量減小,因為還是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,價格可能上升到500多元。


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