7月30日参加了的V技术研讨会上,其中主机厂(天际,小鹏),供应商(功率半导体,绝缘材料,定子)展示了很多的研究成果。
整体结论:
使用V系统在性能上有收益(综合3%的效率提升,功率能力上升潜力大,充电速度快但依赖于专用充电桩),仍然存在很多细节难点需要研发及工程上花时间去试错,技术不成熟,供应链不完善,成本上升(1万-2万)。
V平台的技术收益
V系统的使用:
驱动效率高,续航长;
相同导线直径下,充电更快;
电机的最大转速提高车辆极速;
功率密度更大加速可以更快;
提高电驱动系统的效率。
在动力电池技术突破缓慢的情况下,根据下图英飞凌工程师的描述,SiCMOS相对于硅基的IGBT在开关损耗(开通损耗和关断损耗)、和导通损耗等均有优势。使用SIC功率半导体,可以进一步提高电驱系统的效率。
根据天际汽车工程师展示的实车应用对比结果,
低速小扭矩段(对应城市工况),相同额外条件下,V电驱的效率比V电驱整体提升3%,局部提高9%。
高速段(-kph,基于天际汽车自身的仿真或实验环境):V系统效率与V系统相差不大
提高充电速度
当前V系统中,电池Cell通过6并串(或4并串,并联单体数跟单体容量的选型相关)等类似的方式组成V的pack。
对于V系统,可以使用3并串的方式,提高电压平台。在受限于充电线缆的电流能力限制,充电总电流不变的情况下,充分发挥每个cell的充电能力,提高充电功率。提升充电速度。
提高电机的极速
目前电机的最大转速很大一部分受限于电压平台,涉及到电机的反电动势和弱磁控制。转速越高反电势越大,电机反电势超过母线电压后需要进行弱磁控制。找了一下公式。
电机的转速n=Ea/CeΦ=[U-Ia(Ra+Rf)]/CeΦ;(1)
其中:Ra---电机电枢电阻,Rf--电枢回路附加电阻,Ce---电机的电势常数,与电机结构有关;
电机的转速与⑴电机电枢二端电压U有关,电压越高,转速Max越大;
单电机功率能力的提升
SiC材质普遍支持更大的功率,在定子设计上使用更大的电流密度(如定子线圈匝数),带来更大磁通,可实现更大扭矩,配合更高转速,实现更大功率密度。
V平台的应用困难点:
V系统最关键的功率半导体SiC材料已经解决,但是仍存在系统应用上的困难。下面贴两张天际(主机厂)和松正(定子供应商)的总结PPT。
天际汽车的V挑战描述松正(定子供应商)总结的V优势挑战技术上的挑战
高压部件的EMC设计
(包括MCU,VDCDC),更高的电压变化带来成倍的EMC问题。
高压安全设计
高压部件的绝缘设计包括(MCU,DCDC,OBC,电机本体),更高的电压平台要求更强的绝缘,避免击穿,绝缘材料的绝缘性能,有更高要求(材料不变的情况下,绝缘层厚度需要上升)比如:更厚的绝缘层带来V电机定子铜满率的下降。
细节设计--爬电距离等,比如V系统下,铜排可以是这个间距,不产生爬电现象,即免轻微放电。V系统这个间隙需要加大。这种细节的设计还有很多,也会对生产制造工艺要求和过程控制要求更严苛。
成本挑战
所有高压用电器采用V平台,预计整车成本将增加1万-2万之间。
当前由于供应链不完善,已及充电设施的影响,高压用电器上无法全部采用V,目前OBC,MCU,HVBAT可使用V,V原件(如HVAC高压空调,HVPTC电热器)的使用需要额外增加一套V到V双向变压的直流DCDC(或功能)。其中V到V升压功能:用于兼容市场上现有的V快充桩。
后记:
当前市场上普通品牌主机厂不使用V系统,对于普通消费者来说不算坏事。V系统多花钱买到的是:
动力上:目前V系统双电机超过kW的动力已经相对过剩;
充电上:充电速度通常不是受限与电压平台而是公共桩的功率限制(一般快充桩只能提供50kW的充电),极速充电需要到车企自建的快充桩(也会受充电站电容量的限制),即使使用V平台,当前环境大多数情况也不能享受到极速充电;
产品可靠度上:V电器大多为初代产品,售后问题概率较V大;