大家好,我是厂长。
电动汽车渗透率越来越高,大家对于补能充电的速度要求越来越高.
为解决上述问题,以特斯拉位代表的欧美车企走的是低压大电流路线,究竟高电压路线还是大电流路线更适用于超快充?根据华为研究发现显示:采用了800V高压模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充电,而低压大电流模式仅能在10%-20%SOC进行最大功率充电,在其他区间充电功率下降的非常迅速。这说明,800V高压模式可以支持更长时间的快充。
当采用800V电压平台后,充电倍率最大可达6C,在高充电倍率下,锂离子脱嵌和迁移的速率加快,部分锂离子来不及进入正负极,形成副产物,导致锂离子损失,加速电池寿命衰减。且电池在快充条件下,析锂现象加剧,影响电池性能,容易诱发电池内部短路,造成起火等安全风险。
对于材料方面,正极材料的工艺更新说的很多了,本期视频就不说了, 而负极材料是充电倍率突破的重要方向,因为石墨材料是层状结构,导致锂离子只能从端面进入,离子传输路径长;再一个石墨电极电位低,高倍率快充下石墨电极极化大,电位容易降到0V以下而析锂。解决方案比如华为的黑磷负极材料,硅碳负极,改性石墨等等新技术。
电解液方面需要较高导电率,并且不与正负极反应,抗高温、阻燃、耐过充。一般采用多溶剂降低电解液整体粘度,保证宽温性能,用含硫,硼,磷类等添加剂等低阻抗体系电解液,降低正负极界面成膜阻抗,复合溶质技术保证较高的锂盐浓度从而提升电解液电导率等。
在材料之外,还可以通过改善生产工艺来提高电池倍率性能,往期视频也讲的比较多,就不重复了。就有一点,降低涂布厚度和密度有助于提高充放电倍率,但是会降低电芯的能量密度。因此,在目前的技术基础上,为实现快速充电,能量密度会更低一些,明显的对比就是极氪009和理想MEGA。
电池包方面,为实现高电压,需要串联更多数量的电芯,那么随着电芯串数增加,对电芯一致性要求就更高了。一致性,指的是用于成组的单体电芯的初期性能指标的一致,包括容量,阻抗,以及电芯的温度特性、衰变速度等,如果电芯之间一致性存在差异,将影响整个电池组的性能。高压电芯数量更多,对于电芯一致性的要求也相应提高。
针对电池生产过程中控制一致性的工艺之前也讲过太多,这里就不做探讨,但是在主机厂可以实施的方案有但不局限于以下几种,比如对入库电池进行筛选,选择同一批次性能相近的电池成组;采用或设计更优秀的电池管理软件优化电池的充放电、热管理等等。
电池的热管理方面,因为电池在低温环境不能有效快充,那么热管理系统需要对即将进行快充的电池的温度适当提高,针对这个方面,叠片磷酸铁锂电池厂家拥有独特的脉冲加热技术,能够在4分钟内将电池温度从-20提升到0℃,更利于电池的快充以及低温续航里程的提升,这个技术后面的视频在讲。
800V高压技术对电池还一个很大的好处是,能够降低电池发热,从而提高电池寿命和稳定性。
BMS对电池进行监控和管理方面同样重要,一个电池包中的电芯要尽量保持在一致的状态,BMS具有均衡管理的功能,即根据电芯信息,采取主动或被动的方式,尽可能均衡各电芯的荷电状态。BMS有两种均衡方式:主动均衡和被动均衡, BMS需要考虑电池自放电、均衡时间、散热等因素,来管理电池状态,使其保持一致,高压电池包串联电芯数量增多,相应的对BMS的均衡能力要求也要提高。
采用800V及以上电压电池,原来400V平台上面的IGBT功率器件可能就有很大压力了,主要来自于耐压和高频阻抗过大的问题,当电压峰值出现时,逆变器内的IGBT可能达到能力极限,此时需要找到一种新的材料来确保所需的高开关功率。
还好,我们有碳化硅技术,在恒定功率下,通过使用快速切换的碳化硅,可以降低高电压和低电流下的功率损耗。基于碳化硅的动力系统,满足耐压要求,以及高频下的低阻抗,直接提升载流能力并有效降低发热,就能将冷却部件减少,相关结构在尺寸和质量上带来明显降低。
在碳化硅技术下,电机可以实现更高的转速。电力电子设备将更轻,散热要求更低。
还有,在400V的标准电压下,如果选用50mm2的线束,200kW的充电能力会产生85W/m的损耗;而在800V下,只需要12.5mm2的线束截面即可达到相同的性能;在1000V下,截面积只需要8mm2。
这不仅可以显著降低车辆的重量,提升车辆的动力性能、续航里程,而且由于线束柔性更好,可以更灵活、容易地布置、安装在车辆系统中。
在相同功率情况下,更小的线束截面也可以使电机中的绕组可以设计得更为紧凑,从而可减小电机的尺寸或提升电机本体功率密度。 母线电压从400V到800V,对零部件来说,电机整体体积跟电机扭矩成正比,功率不变,扭矩越小,体积重量也越小,升级800V后,电机转速做到2万转,扭矩可以做小,整个电机用铜、铝减少;铜的成本会减少一半,铝壳用量也会减少,整个电机的成本也会降低。
800V下的电机整体体积要更小,效率转速要更高,扁线油冷电机无论是成本还是效率都是最优选择。油冷相比水冷它不导电不导磁。
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