消费者对电动汽车的快速充电体验抱有更高的期望。他们希望能在15分钟或更短的时间内将电池充电至80%。
为了满足这一期望,OEMs越来越多地关注800V汽车架构,基础设施提供商也正在升级其充电网络以支持它们。但是,转向800V架构意味着对车辆架构进行一些必要的调整和优化。
物理挑战
充电时,只有两种方法可以更快地为电动汽车供电:提高电流或提高电压。
提高电流,所有在车辆中承载电流的电缆线径比较变大,连接器&端子也必须扩大,以保持电阻降低。热量的产生与电流的平方成正比,因此还必须实施复杂的冷却技术。增加部件尺寸也会增加重量,从而影响车辆续航里程,所有这些因素都会增加材料成本。
然而,提高电压会降低相同功率所需的电流,因此会产生相反的效果:承载电流的所有东西都可以保持更小、更轻,包括电缆和连接器、电机和用于为车辆充电的连接线。
由于发热而损失的功率更少,因此随着冷却泵、冷却压缩机和散热器的小型化,热管理可能不那么稳健。
由于这些原因,增加电压是增加进出电池的功率的最具成本效益的方法。
在某一点上,提高电压确实是唯一的选择,因为充电入口处的引脚尺寸是固定的,不能放大以适应更高的电流。
当前,400V架构已成为电动汽车的标准配置。在150kW的快速充电站中,当提供约350A的电流时,理论上只需不到30分钟即可将60kWh的电动汽车电池从20%充电至80%。若要将充电时间进一步缩短至仅15分钟或更少,最直接的方法是提高电压至800V,同时保持电流水平不变,从而使得总功率提升至300kW。
设计差异
可以确定的是,虽然被称为800V电池,但它们在实际工作过程中很少在800V的电压下运行。其正常的工作电压范围为440V至900V,具体取决于电池中单体电池的数量、类型以及串联部署的方式。在任何特定时间点,电池的电压会根据其充电状态有所变化,当电池接近满电状态时,其电压会相应升高。
然而,由于电池需要在该范围内工作,因此,完整的充电线束和动力总成必须经过特殊设计,以确保能够承受如此高的电压。这意味着导体之间的距离,无论是沿表面还是通过空气,都必须适当加大,以防止电弧的产生。随着电压的升高,电弧的可能性也随之增大。此外,为了确保安全,绝缘层必须加厚,尽管其重量和成本远低于它所保护的铜。
另一个关键因素是用于管理电池电力流动的电力电子设备。在400V电压下,硅功率器件可以用于电子设备,但在电压高于这一水平时,其效率开始下降。因此,在800V电压下,必须使用更昂贵的碳化硅材料来最小化能量损耗。
车载充电器必须经过专门设计,能够将低至110V的交流电升压至与电池相匹配的800V电压。同样地,当仅有400V直流快速充电系统可用时,DC-DC转换器也需要进行升压处理,以确保与电池的800V电压相匹配。
为了应对电池电压的广泛变化,电力电子设备必须与电池管理软件进行紧密的通信。通过这种方式,可以精确地设定所需的电压设定点和电流充放电容量,从而确保安全高效的电源转换。借助纳秒控制技术,电力电子设备能够实时调整功率输入,即使在电压瞬变高达1000V的情况下也能保持稳定运行。
权衡取舍
通过调整和优化车辆架构设计,OEMs将能够显著提高车辆的充电率,同时有效降低管理系统成本。在800V的高电压下,电池能够提供更连续的高功率输出,使得车辆能够更好地应对连续的快速加速,提升驾驶体验。
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