800V에 관해서는 현재 자동차 회사들이 주로 800V 고속 충전 플랫폼을 홍보하고 있습니다., 소비자들은 무의식적으로 800V가 고속 충전 시스템이라고 생각합니다.
사실 이러한 이해는 다소 오해를 받고 있습니다.정확히 말하면 800V 고전압 급속충전은 800V 시스템의 특징 중 하나일 뿐이다.
이 기사에서는 독자들에게 다음을 포함하여 5가지 측면에서 상대적으로 완전한 800V 시스템을 체계적으로 보여주고자 합니다.
1. 신에너지자동차의 800V 시스템은 무엇인가요?
2. 현재 800V가 도입되는 이유는 무엇입니까?
3. 현재 800V 시스템이 가져올 수 있는 직관적인 이점은 무엇입니까?
4. 현재 800V 시스템 적용에 있어 어려운 점은 무엇입니까?
5. 앞으로 가능한 충전 레이아웃은 무엇입니까?
01.신에너지 자동차의 800V 시스템은 무엇인가요?
고전압 시스템에는 고전압 플랫폼의 모든 고전압 구성 요소가 포함됩니다.다음 그림은 일반적인 고전압 구성 요소를 보여줍니다.신에너지 순수전기자동차수냉식 400V 전압 플랫폼 장착배터리 팩.
고전압 시스템의 전압 플랫폼은 차량 전원 배터리 팩의 출력 전압에서 파생됩니다.
다양한 순수 전기 모델의 특정 전압 플랫폼 범위는 각 배터리 팩에 직렬로 연결된 셀 수와 셀 유형(3원계, 인산철리튬 등)과 관련이 있습니다..
그 중 100개 셀을 직렬로 연결한 삼원계 배터리 팩의 수는 약 400V 고전압이다.
우리가 흔히 말하는 400V 전압 플랫폼은 광범위한 용어입니다.400V 플랫폼 Jikrypton 001을 예로 들어 보겠습니다.탑재된 삼원계 배터리 팩이 100% SOC에서 0% SOC로 변하는 경우, 전압 변화 폭은 에 가깝습니다.100V (약 350V-450V).).
고전압 배터리 팩의 3D 도면
현재 400V 고전압 플랫폼에서 고전압 시스템의 모든 부품과 구성 요소는 400V 전압 레벨에서 작동하며 매개변수 설계, 개발 및 검증은 400V 전압 레벨에 따라 수행됩니다.
완전한 800V 고전압 플랫폼 시스템을 달성하려면 우선 배터리 팩 전압 측면에서 약 200V에 해당하는 800V 배터리 팩을 사용해야 합니다.삼원 리튬배터리 셀을 직렬로 연결합니다.
모터, 에어컨, 충전기, DCDC 지원 800V 및 관련 와이어링 하니스, 고전압 커넥터 및 모든 고전압 회로의 기타 부품은 800V 요구 사항에 따라 설계, 개발 및 검증되었습니다.
800V 플랫폼 아키텍처 개발 시 시중의 500V/750V 고속 충전 파일과 호환되기 위해 800V 순수 전기 자동차에는 400V ~ 800V 부스트 DCDC 모듈이 장착됩니다.오랫동안.
그 기능은 다음과 같습니다실제 전압 성능에 따라 800V 배터리 팩을 충전하기 위해 부스트 모듈을 활성화할지 여부를 적시에 결정하십시오.충전 더미.
비용 대비 성능의 조합에 따라 대략 두 가지 유형이 있습니다.
하나는 완전한 800V 플랫폼 아키텍처입니다..
이 아키텍처의 차량의 모든 부품은 800V용으로 설계되었습니다.
전체 800V 고전압 시스템 아키텍처
두 번째 범주는 800V 플랫폼 아키텍처의 비용 효율적인 부분입니다..
일부 400V 구성 요소 유지: 현재 800V 전력 스위칭 장치의 가격이 400V IGBT에 비해 몇 배나 높기 때문에, 차량 전체의 비용과 구동 효율의 균형을 맞추기 위해 OEM에서는 800V 부품을 사용하려는 동기가 있습니다.(모터 등)~에일부 400V 부품을 보관하십시오.(예: 전기 에어컨, DCDC).
모터 동력 장치의 다중화: 충전 과정에서 운전할 필요가 없기 때문에 비용에 민감한 OEM은 400V-800 부스트 DCDC용 리어 액슬 모터 컨트롤러의 전원 장치를 재사용합니다.
전력 시스템 800V 플랫폼 아키텍처
02.현재 신에너지 차량이 800V 시스템을 도입하는 이유는 무엇입니까?
현재 순수 전기차의 일상 주행에서는 구동모터에서 약 80%의 전기가 소비된다.
인버터 또는 모터 컨트롤러는 전기 모터를 제어하며 자동차의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다.
3-in-1 전기 구동 시스템
Si IGBT 시대에는 800V 고전압 플랫폼의 효율 향상이 미미하고, 적용 전력도 부족하다.
구동 모터 시스템의 효율 손실은 주로 모터 본체 손실과 인버터 손실로 구성됩니다.
손실의 첫 번째 부분 – 모터 본체의 손실:
- 구리 손실 – 열 손실모터 고정자 권선(구리 와이어) ;
- 철 손실 모터가 자력을 사용하는 시스템에서는 열 손실이 발생합니다.(줄열)철에서 발생하는 와전류에 의해 발생(또는 알루미늄)자기력의 변화로 인한 모터의 일부;
- 표유 손실은 불규칙한 전하 흐름으로 인한 손실에 기인합니다.
- 바람 손실.
다음과 같은 특정 유형의 400V 플랫 와이어 모터는 최대 효율이 97%이며, 400V Extreme Krypton 001 Wei Rui 모터 본체는 최대 효율이 98%라고 합니다..
97~98%의 최고 효율에 도달한 400V단에서는 단순히 800V 플랫폼을 사용하는 것만으로는 모터 자체의 손실을 줄일 수 있는 공간이 제한적이다.
파트 2 손실: 모터 인버터 손실:
- 전도 손실;
- 스위칭 손실.
다음은혼다400V 플랫폼 IGBT 모터 인버터 효율 맵[1].95% 이상고효율 영역은 50%에 가깝습니다.
두 부분의 현재 손실 상태를 비교하면 다음과 같습니다.
모터 본체 손실(>2%) 간의 대략적인 비교에서모터 인버터 손실(>4%), 인버터 손실이 상대적으로 크다.
따라서 자동차의 주행거리는 구동모터의 메인 인버터 효율과 더 관련이 깊다.
3세대 전력반도체 SiC MOSFET이 성숙되기 이전에는 구동모터 등 신에너지 자동차의 전력 부품은 Si IGBT를 인버터의 스위칭 소자로 사용했으며, 지원 전압 레벨은 주로 650V 정도였다.전력망, 전기 기관차 및 기타 비소비 상황.
타당성 측면에서 신에너지 승용차는 이론적으로 800V 모터 컨트롤러의 전원 스위치로 내압 1200V의 IGBT를 사용할 수 있으며, IGBT 시대에는 800V 시스템이 개발될 것이다.
가격 대비 성능 측면에서 볼 때 800V 전압 플랫폼은 모터 본체의 효율성 향상에 한계가 있습니다.1200V IGBT를 지속적으로 사용해도 손실의 대부분을 차지하는 모터 인버터의 효율은 향상되지 않습니다.대신 일련의 개발 비용이 발생합니다.대부분의 자동차 회사는 IGBT 시대에 전력 애플리케이션이 없습니다.800V 플랫폼.
SiC MOSFET 시대에는 핵심 부품의 탄생으로 인해 800V 시스템의 성능이 향상되기 시작했습니다.
3세대 반도체 소재인 탄화규소 전력소자가 등장한 이후 우수한 특성으로 인해 많은 주목을 받아왔다[2].고주파 Si MOSFET과 고전압 Si IGBT의 장점을 결합합니다.
- 높은 작동 주파수 – 최대 MHz 레벨, 더 높은 변조 자유도
- 우수한 전압 저항 – 최대 3000kV, 폭넓은 적용 시나리오
- 우수한 내열성 - 200℃의 고온에서도 안정적으로 작동 가능
- 작은 통합 크기 – 작동 온도가 높을수록 방열판 크기와 무게가 줄어듭니다.
- 높은 운영 효율성 – SiC 전력 장치를 채택하면 손실 감소로 인해 모터 인버터와 같은 전력 부품의 효율성이 향상됩니다.가져 가라.똑똑한아래 예시는 지니입니다.동일한 전압 플랫폼과 기본적으로 동일한 도로 저항에서(무게/모양/타이어 폭에는 거의 차이가 없습니다),그들 모두는 Virui 모터입니다.IGBT 인버터와 비교하여 SiC 인버터의 전체 효율은 약 3% 향상됩니다.참고: 실제 인버터 효율 향상은 각 회사의 하드웨어 설계 역량 및 소프트웨어 개발과도 관련이 있습니다.
초기 SiC 제품은 SiC 웨이퍼 성장 프로세스 및 칩 처리 능력으로 인해 제한되었으며, SiC MOSFET의 단일 칩 전류 전달 용량은 Si IGBT보다 훨씬 낮았습니다.
2016년 일본 연구팀은 SiC 소자를 활용한 고출력 밀도 인버터 개발에 성공했다고 발표했고, 이후 그 결과를 (일본 전기공학회 전기전자공학논문)에 발표했다.IEEJ[3].당시 인버터의 최대 출력은 35kW였다.
2021년에는 해마다 기술이 발전하면서 내압 1200V의 양산형 SiC MOSFET의 전류 수용 능력이 향상되어 200kW 이상의 전력에 대응할 수 있는 제품이 등장했다.
이 단계에서는 이 기술이 실제 차량에 적용되기 시작했습니다.
한편으로는 전력 전자 전력 장치의 성능이 이상적인 경향이 있습니다.SiC 전력 장치는 IGBT보다 효율이 높으며 내전압 성능과 일치할 수 있습니다.(1200V)의800V 플랫폼, 최근 몇 년 동안 200kW 이상의 전력 용량으로 발전했습니다.
반면에 800V 고전압 플랫폼 이득을 볼 수 있다.전압을 두 배로 늘리면 전체 차량의 충전 전력 상한이 높아지고 시스템의 구리 손실이 낮아지며 모터 인버터의 전력 밀도가 높아집니다.(특징적으로 같은 사이즈의 모터일수록 토크와 출력이 더 높습니다.);
세 번째는 에너지 신시장의 혁신성을 높이는 것입니다.소비자 측에서 높은 순항 범위와 더 빠른 에너지 보충을 추구하는 기업 측에서는 새로운 에너지 시장에서 파워트레인의 차이를 만들어내기를 열망하고 있습니다.
위의 요인으로 인해 마침내 지난 2년 동안 신에너지 800V 고전압 플랫폼의 대규모 탐색 및 적용이 이루어졌습니다.현재 나열된 800V 플랫폼 모델에는 Xiaopeng G9,포르쉐타이칸등등.
또한 SAIC, 크립톤,로터스, 이상적인,천지자동차및 기타 자동차 회사들도 관련 800V 모델을 시장에 출시할 준비가 되어 있습니다.
03.현재 800V 시스템이 가져올 수 있는 직관적인 이점은 무엇입니까?
800V 시스템은 이론적으로 많은 장점을 나열할 수 있습니다.현재 소비자에게 가장 직관적인 이점은 주로 다음 두 가지라고 생각합니다.
첫째, 배터리 수명이 더 길어지고 더 견고해졌습니다., 이는 가장 직관적인 이점입니다.
CLTC 작동 조건에서 100km의 전력 소비 수준에서 800V 시스템의 이점(아래 그림은 Xiaopeng G9과의 비교를 보여줍니다.BMWiX3, G9는 더 무겁고, 차체는 더 넓고,타이어더 넓어지고 모두 전력 소비에 불리한 요소입니다), 보수적 추정치 5% 상승이 있습니다.
고속에서는 800V 시스템의 에너지 소비 개선이 더욱 두드러진다고 한다.
Xiaopeng G9 출시 당시 제조업체는 의도적으로 미디어에 고속 배터리 수명 테스트를 수행하도록 안내했습니다.많은 언론에서는 800V Xiaopeng G9가 높은 고속 배터리 수명(고속 배터리 수명/CLTC 배터리 수명*100%)을 달성했다고 보도했습니다..
실제 에너지 절감 효과는 후속 시장의 추가 확인이 필요합니다.
두 번째는 기존 충전 파일의 기능을 최대한 활용하는 것입니다..
400V 플랫폼 모델은 120kW, 180kW 충전 파일을 향할 때 충전 속도가 거의 동일합니다.(테스트 데이터는 체디에서 가져왔습니다)800V 플랫폼 모델에 사용되는 DC 부스트 모듈은 기존 저전압 충전 파일을 직접 충전할 수 있다.(200kW/750V/250A)이는 그리드 전력에 의해 750V/250A의 최대 전력으로 제한되지 않습니다.
참고: Xpeng G9의 실제 전체 전압은 엔지니어링 고려 사항으로 인해 800V 미만입니다.
파일을 예로 들면, Xiaopeng G9(800V 플랫폼)의 충전 전력동일한 100도 배터리 팩으로거의 2번이다JK 001의 것(400V 플랫폼) .
04.현재 800V 시스템 적용에 있어 어려운 점은 무엇입니까?
800V 적용의 가장 큰 어려움은 여전히 비용과 떼려야 뗄 수 없는 문제이다.
이 비용은 부품 비용과 개발 비용의 두 부분으로 나뉩니다.
부품 비용부터 시작하겠습니다.
고전압 전력장치는 가격이 비싸고 대량으로 사용된다.전체 800V 아키텍처를 갖춘 전체 1200전압 고전압 전력 장치의 설계에는30, 그리고 적어도 12듀얼 모터 모델용 SiC.
2021년 9월 현재 100A 디스크리트 SiC MOSFET(650V 및 1,200V)의 소매 가격은 거의 3배입니다.동등한 Si IGBT의 가격.[4]
2022년 10월 11일 기준, 유사한 성능 사양을 지닌 Infineon IGBT와 SiC MOSFET 두 제품의 소매가격 차이가 약 2.5배인 것으로 확인되었습니다..(데이터 출처 Infineon 공식 홈페이지, 2022년 10월 11일)
위의 두 가지 데이터 소스를 바탕으로 기본적으로 현재 시장의 SiC는 IGBT의 가격 차이의 약 3배라고 간주할 수 있습니다.
두 번째는 개발 비용이다.
800V 관련 부품은 대부분 재설계와 검증이 필요하기 때문에 소형 반복제품에 비해 테스트량이 크다.
400V 시대의 일부 테스트 장비는 800V 제품에 적합하지 않으므로 새로운 테스트 장비를 구입해야 합니다.
800V 신제품을 사용하는 첫 번째 OEM은 일반적으로 부품 공급업체와 더 많은 실험적 개발 비용을 공유해야 합니다.
이 단계에서 OEM은 신중함을 위해 기존 공급업체의 800V 제품을 선택하게 되며, 기존 공급업체의 개발 비용은 상대적으로 높아집니다.
한 OEM 자동차 엔지니어의 추정에 따르면 2021년에는 풀 800V 아키텍처와 듀얼 모터 400kW 시스템을 갖춘 400kW급 순수 전기차의 가격이 400V에서 800V로 오를 것으로 예상된다., 그리고 비용은 약 증가할 것입니다.10,000-20,000위안.
세 번째는 800V 시스템의 저비용 성능이다..
가정용 충전 파일을 사용하는 순수 전기 고객을 예로 들면, 충전 비용은 0.5위안/kWh, 소비 전력은 20kWh/100km(중대형 EV 모델의 고속 주행 시 일반적인 소비 전력)입니다., 현재 800V 시스템의 가격 상승으로 인해 고객은 10~200,000km를 사용할 수 있습니다.
차량 수명주기 효율 향상으로 절감되는 에너지 비용 (고압 플랫폼과 SiC의 효율 향상을 바탕으로 저자는 약 3~5%의 효율 향상을 추정)차량 가격 상승을 감당할 수 없습니다.
800V 모델에는 시장 제한도 있습니다.
경제성 측면에서 800V 플랫폼의 장점은 뚜렷하지 않기 때문에 차량 성능을 궁극적으로 추구하고 차량 단가에 상대적으로 둔감한 고성능 B+/C급 모델에 적합하다.
이러한 유형의 차량은 상대적으로 시장 점유율이 낮습니다.
여객연맹 자료를 분석한 결과, 2022년 1월부터 8월까지 중국 신에너지차 가격대 분석에 따르면 20만~30만대의 판매량이 22%를 차지했다., 판매량은 300,000~400,000에 달함16%, 400,000개 이상의 매출을 기록했습니다.4%.
차량 30만 대 가격을 기준으로 800V 부품 가격이 크게 떨어지지 않는 기간에는 800V 모델이 약 20%의 시장 점유율을 차지할 수 있다..
넷째, 800V 부품 공급망이 미성숙하다..
800V 시스템 적용에는 원래의 고전압 회로 부품의 재개발이 필요합니다.고전압 플랫폼 배터리, 전기 드라이브, 충전기, 열 관리 시스템 및 부품 등 대부분의 Tire1 및 Tire2는 아직 개발 단계에 있으며 대량 생산 응용 경험이 없습니다.OEM을 위한 공급업체가 거의 없으며 예상치 못한 요인으로 인해 상대적으로 성숙한 제품이 등장하는 경향이 있습니다.생산성 문제.
다섯째, 800V 애프터마켓은 검증이 부족하다.
800V 시스템은 신개발 제품(모터 인버터, 모터 본체, 배터리, 충전기+DCDC, 고전압 커넥터, 고전압 에어컨 등)을 다수 사용한다., 공간거리, 연면거리, 절연성, EMC, 방열성 등을 검증해야 합니다.
현재 국내 신에너지 시장의 제품 개발 및 검증 주기는 짧습니다. (보통 기존 합작회사의 신규 프로젝트 개발 주기는 5~6년이고, 현재 국내 시장의 개발 주기는 3년 미만입니다. ).동시에 800V 제품의 실제 차량 시장 검사 시간이 부족하고 후속 애프터 세일 확률이 상대적으로 높습니다..
여섯째, 800V 시스템 급속충전의 실용적 적용가치는 높지 않다.
자동차 회사가 250kW를 추진할 때,480kW(800V)고출력 초고속 충전은 주로 충전탑이 설치된 도시 수를 공개해 소비자들이 자동차 구입 후 언제든지 이런 경험을 즐길 수 있다고 생각하도록 유도하지만 현실은 녹록지 않다.
세 가지 주요 제약 사항이 있습니다.
Xiaopeng G9 800V 고전압 고속 충전 브로셔
(1) 800V 충전 파일이 추가됩니다..
현재 시중에 나와 있는 보다 일반적인 DC 충전 파일은 최대 전압 500V/750V와 제한된 전류 250A를 지원하므로 완전한 성능을 발휘할 수 없습니다.800V 시스템의 빠른 충전 기능(300-400kW) .
(2) 800V 과급 파일의 최대 전력에 제약이 있습니다..
Xiaopeng S4 과급기(고압 액체 냉각) 사용예를 들어, 최대 충전 용량은 480kW/670A입니다.전력망 용량의 제한으로 인해 시범 스테이션은 800V 모델 중 가장 높은 충전 전력을 발휘할 수 있는 단일 차량 충전만 지원합니다.피크 시간 동안 여러 대의 차량을 동시에 충전하면 전력 전환이 발생합니다.
전력 공급 전문가의 예에 따르면 동부 해안 지역에 학생이 3,000명 이상인 학교는 600kVA 용량을 신청합니다. 이는 80% 효율 추정을 기준으로 480kW 800V 과급 파일을 지원할 수 있습니다.
(3) 800V 과급 파일의 투자 비용이 높습니다..
여기에는 변압기, 파일, 에너지 저장 장치 등이 포함됩니다. 실제 비용은 스왑 스테이션보다 높을 것으로 추정되며 대규모 구축 가능성은 낮습니다.
800V 슈퍼차저는 금상첨화일 뿐입니다. 그렇다면 어떤 종류의 충전 시설 레이아웃이 충전 경험을 향상시킬 수 있을까요?
2022년 명절 고속충전소
05.미래의 충전시설 배치에 대한 상상
현재 국내 충전파일 인프라 전체에서 차량 대 파일 비율(공공 파일 + 민간 파일 포함)은아직은 3:1 수준(2021년 데이터 기준).
신에너지 차량의 판매가 증가하고 소비자의 충전불안이 해소됨에 따라 차량 대 건배율을 높이는 것이 필요합니다.고속 충전 파일과 느린 충전 파일의 다양한 사양을 목적지 시나리오와 고속 충전 시나리오에 합리적으로 배열하여 충전 경험을 향상시킬 수 있습니다.이를 개선하고 실제로 그리드 부하의 균형을 맞출 수 있습니다.
첫 번째는 목적지 충전입니다., 추가 대기 시간 없이 충전:
(1) 주거용 주차 공간: 7kW 이내의 공유되고 질서 있는 완속 충전 파일을 다수 구축하고, 비신에너지 주차 공간에는 유류 차량을 우선 주차하여 주민의 요구를 충족할 수 있으며, 부설 비용은 상대적으로 낮고 질서 있는 제어 방법을 사용하면 지역 전력망을 초과하는 것을 피할 수도 있습니다.용량.
(2) 쇼핑몰/명승지/산업 단지/오피스 빌딩/호텔 및 기타 주차장: 20kW 급속 충전을 보완하고, 7kW 완속 충전을 대거 구축합니다.개발 측면: 느린 충전 비용이 저렴하고 확장 비용이 없습니다.소비자 측 : 빠른 충전이 단시간에 완충된 후 공간 점유/차량 이동을 피하세요.
두 번째는 빠른 에너지 보충입니다., 전체 에너지 소비 시간을 절약하는 방법:
(1) 고속도로 서비스 지역: 현재의 고속 충전 횟수를 유지하고, 충전 상한선을 엄격히 제한(예: 피크의 90%~85%)하며, 장거리 운전 차량의 충전 속도를 보장합니다.
(2) 주요 도시/마을의 고속도로 입구 근처 주유소: 고전력 급속 충전을 구성하고, 충전 상한선을 엄격하게 제한합니다(예: 피크 시 90%~85%)., 고속서비스지역을 보완하여 신에너지 수요자의 장거리 주행에 근접함과 동시에 도·도심 지상충전수요를 발산합니다.참고: 일반적으로 지상 주유소에는 250kVA 전기 용량이 장착되어 있으며 동시에 대략 2개의 100kW 고속 충전 파일을 지원할 수 있습니다.
(3) 도시주유소/노천주차장 : 고출력 급속충전을 구성하여 충전 상한을 제한한다.현재 페트로차이나는 신에너지 분야에 급속 충전/교환 시설을 배치하고 있으며, 앞으로 급속 충전 파일을 갖춘 주유소가 점점 더 많아질 것으로 예상된다.
참고: 주유소/노천 주차장 자체의 지리적 위치는 길가에 가깝고 건물 특징이 더 명확하여 고객이 충전을 신속하게 찾아 신속하게 현장을 떠날 수 있어 편리합니다.
06.마지막에 쓰세요
현재 800V 시스템은 비용, 기술, 인프라 측면에서 여전히 많은 어려움에 직면해 있습니다.이러한 어려움은 신에너지 자동차 기술과 산업 반복의 혁신과 발전을 위한 유일한 방법입니다.단계.
빠르고 효율적인 엔지니어링 적용 능력을 갖춘 중국 자동차 회사는 800V 시스템의 신속한 적용을 다수 실현하고 신에너지 자동차 분야의 기술 트렌드를 선도하는 데 앞장설 수 있을 것입니다.
또한 중국 소비자들은 기술 진보가 가져온 고품질 자동차 경험을 가장 먼저 누릴 것입니다.국내 소비자가 다국적 자동차 회사의 구형 모델, 구형 기술 또는 기술 거세 제품을 구입하는 연료 자동차 시대와는 더 이상 다릅니다.
참고자료:
[1] 혼다 기술 연구: SPORT HYBRID i-MMD 시스템용 모터 및 PCU 개발
[2] 한펀(Han Fen), 장옌샤오(Zhang Yanxiao), 시하오(Shi Hao).부스트 회로에 SiC MOSFET 적용 [J].산업용 계측 및 자동화 장치, 2021(000-006).
[3] 야마구치 코지, 가츠라 켄시로, 야마다 타츠로, 사토 유키히코. 전력 밀도가 70kW/리터 또는 50kW/kg[J]인 고출력 밀도 SiC 기반 인버터.IEEJ 산업 응용 저널
[4] PGC 컨설팅 기사: SiC 재고 조사, 1부: SiC 비용 경쟁력 검토 및 비용 절감 로드맵
게시 시간: 2022년 10월 21일