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800V電機技術瓶頸如何突破?

時間:2022年07月19日 17:40    來源:網絡    閱讀量:15311    

根據各大車企的布局,2022年將迎來基于800V電壓平臺的新車浪潮。與整車高壓電架構相關的部件或系統面臨升級,如動力電池、電驅動、充配電系統、DC/DC等。這時,馬瑞利率先推出了800V電機。

800V高壓平臺將成為風口。

隨著新能源浪潮的發展,400V低壓平臺在主流純電動汽車中逐漸普及。2019年,首次采用800V平臺的量產車保時捷Taycan Turbo S全球首發。目前,廣汽愛安、比亞迪、小鵬、吉利、理想等一批自主品牌車企也開始布局800V平臺。可以預見,800V高壓平臺將成為下一個技術風口。

800V高壓平臺是指車輛電池系統、充電系統、電驅動系統均采用800V電子架構平臺。與低壓平臺相比,高壓平臺有明顯的優勢:

首先可以增加車輛的牽引功率,提高動力性能。

其次,在相同的電流下,車輛的充電功率和電機功率都有所提高,也就是說車輛的充電時間縮短了。與400V電機相比,在同樣的電池容量下,充電時間幾乎可以縮短一半。

800V高壓平臺量產之路并非一帆風順,面臨諸多限制因素。一旦車輛電壓平臺提高到800V,需要為高電壓平臺開發電池組、BMS、DC/DC、電機控制器和電機。

此外,在高電壓下,電池的穩定性下降,衰減和著火的風險增加。為了承受800V的高壓,DC電壓逆變器的IGBT的元器件芯片材料也需要更換為碳化硅,直接導致成本增加;目前市面上大部分充電樁都是60kW和120kW,所以現有的充電樁需要升級才能滿足800V平臺的高快充需求。馬瑞利有相應的解決方案,可以利用現有的400V充電樁給800V系統充電。

可見,800V高壓平臺研發周期長,成本高,需要供應鏈、技術研發、整車成本、充電網絡的支持。

如上所述,在向800V高壓平臺過渡的過程中,整個系統的車身結構包括電池組、BMS、電機等。需要針對800V系統進行重新設計。在技術的研發和應用上,這是一個牽一發而動全身的大工程。

迎難而上解決多方案電機設計問題

一項新技術,從研發到推廣,顯然會有各種技術上的困難和挑戰。“三電”系統作為新能源汽車的核心,可以直接影響車輛的性能,而電機系統是其中最重要的一個。與400V電氣系統相比,800V電氣系統在電機設計上也有很大不同。

提高電機效率是電機技術發展的目的。扁線電機和圓線電機的區別在于銅線的纏繞成型方式不同。扁線電機的槽滿率比圓線高,意味著在同樣的空間內可以容納更多的銅線,而且截面積更大。低頻和高頻運行條件下整體電阻會更小,發熱量比圓線小,所以線損更小。基于這個優勢,扁線電機的能量轉換效率會更高。

從電阻和熱傳導的角度來看,扁線比圓線好,所以馬瑞利從開始設計驅動電機就一直采用扁線技術。

切換到800V高壓平臺,電流紋波變大后會產生高頻諧波,高頻諧波會產生熱損耗。高溫會造成磁鐵性能下降,還可能會造成退磁,導致電機性能下降,容易引發各種風險。為此,馬瑞利提出用分層的方法來解決磁場加熱的問題。隨著層數的增加,磁損耗會逐漸降低。對于每個電機,需要具體分析具體的層數和厚度。馬瑞利有相應的設計經驗和數據來計算和設計具體層數的最優方案。

電機運行過程中,由于電磁感應原理,電機轉子與外殼之間會產生電壓。由于軸電壓的存在,軸承內外圈的電位差會產生軸電流,軸承的轉動容易產生電火花。在高溫條件下,電火花容易對軸承產生電腐蝕,導致軸承內表面熔化剝落,導致軸承噪音變大,軸承壽命降低。

這樣看來,控制軸電流是防止軸承電蝕的關鍵。然而,在研發過程中,馬瑞利發現,如果只是簡單地在電機的特定結構上增加絕緣,軸電流就會對齒輪箱中的軸承造成電腐蝕。

因此,馬瑞利選擇集中精力降低電壓。根據數學模型預測的轉子和外殼之間的電壓變化,馬瑞利開發了一種降低軸電流和外殼電壓的設計,并將該設計相繼應用于模型和實踐中,最終達到了降低轉子和外殼之間的電壓,減輕電蝕的目的。

一般來說,在電機方面,800V高壓系統對軸承的防腐和絕緣要求更嚴格。從理論設計到實際應用,馬瑞利花了很長時間來解決各種問題。可見800V高壓平臺的量產還有很長的路要走。

多年的深耕和豐富的經驗創造出成熟的技術

目前,新能源正處于快速發展時期。隨著汽車市場向新能源轉型,從長遠來看,車企推出更多高壓平臺的新車是必然選擇。

馬瑞利深耕汽車行業多年,致力于汽車系統和零部件的設計和生產,在汽車零部件和高科技系統的設計和制造方面處于領先地位。秉承對高水平技術和精益生產技術的追求,馬瑞利從研發驅動電機開始就采用扁平線技術,至今已有10余年。從馬瑞利三年多800V批量生產的經驗中,獲得了磁鐵發熱和軸承電蝕等問題的解決方法。隨著電機設計的發展和完善,電機設計的連續性能/峰值性能可以超過60%。

掌握先進技術沒有捷徑,需要日復一日的RD和積累的過程。自2019年以來,馬瑞利生產了第一臺800V電機。經過三年的批量生產實踐,產品日趨成熟,生產工藝更加完善。

消費者對車輛性能的要求越來越高,投射到市場上,對新技術的需求也越來越迫切。目前高壓平臺量產之路還在探索中,但一旦技術瓶頸被突破,新賽道各方玩家勢必蜂擁而至。蛋糕只有那么大。只有提前進入市場搶占先機,積極掌握新技術,才能更從容地面對市場變化。

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