Sistema de accionamiento eléctrico de 800v: oportunidades y retos

¿Por qué los vehículos eléctricos necesitan 800 V?

Ya sea Las 10 principales empresas de baterías eléctricas ara los propietarios de automóviles, el efecto "carga durante 5 minutos y dura 200 km" es un sueño. Para conseguir este efecto, hay que resolver dos grandes problemas:

En primer lugar, se trata de mejorar en gran medida el rendimiento de carga y aumentar rápidamente la velocidad de carga de la batería
En segundo lugar, se trata de mejorar la eficiencia operativa de todo el vehículo y ampliar el kilometraje de conducción con la misma cantidad de electricidad.

En este caso, podemos entenderlo simplemente con la física de secundaria: P=UI. Así que si quieres aumentar la potencia, hay dos maneras de aumentar la corriente o aumentar el voltaje.

La corriente elevada provocará una gran pérdida de calor de la pistola de carga, el cable y los componentes del núcleo de la batería de alimentación, y el límite superior teórico no es grande. Por lo tanto, aumentar la corriente no es una buena solución.

¿Y si subimos el voltaje?

Cuando la corriente del sistema permanece invariable, la potencia de carga se duplica con la tensión del sistema, es decir, la velocidad máxima de carga se duplica, y el tiempo de carga se acorta considerablemente. Además, bajo la misma potencia de carga, cuando la tensión es más alta, la corriente puede reducirse, y el cable no es tan grueso, y el consumo de energía térmica de resistencia del cable también se reduce.

Por lo tanto, se puede aumentar la potencia de carga si se utiliza también el mismo tamaño de cable de carga utilizado para los 400 V originales. Esto significa que en la plataforma de 800 V se pueden utilizar cables de carga más finos.

La carga rápida en modo de alto voltaje de 800 V admite la carga de máxima potencia de 30%-80% SOC, mientras que el modo de alto voltaje y baja corriente sólo puede realizar la carga de máxima potencia en 10%-20% SOC, y la potencia de carga cae muy rápidamente en otras zonas. Se puede observar que el modo de alto voltaje de 800 V puede soportar una carga más rápida durante más tiempo.

La mayor eficiencia de funcionamiento del vehículo significa que, cuando la corriente permanece invariable, cuanto mayor es la tensión de la batería, mayor es la potencia del motor y mayor es la eficiencia del accionamiento del motor.

Por lo tanto, la plataforma de alto voltaje de 800V es fácil de lograr alta potencia y alto par, así como un mejor rendimiento de aceleración. Aunque se dice que la mejora de la eficiencia de suplementación energética que aportan los 800V a los vehículos eléctricos es cualitativa, uno de los mayores obstáculos para la promoción de los 800V es el coste.

¿Por qué es un problema de costes?

Podemos empujar desde atrás hacia delante. Si la arquitectura del vehículo eléctrico pasa a 800 V, el nivel de sus componentes de alta tensión se elevará en consecuencia, y el inversor también se sustituirá de los dispositivos IGBT tradicionales a los dispositivos MOSFET de material SiC. El coste del propio inversor sólo es superado por el de los componentes de la batería. Si se actualiza a SiC, el coste aumentará otro nivel.

Sin embargo, para los fabricantes de equipos originales, la aplicación del carburo de silicio generalmente no sólo tiene en cuenta el coste de los dispositivos de potencia, sino que, lo que es más importante, considera los cambios en el coste de todo el vehículo. Por lo tanto, es muy importante encontrar el equilibrio entre "el ahorro de costes que aporta el SiC" y "su propio alto coste".

Cuando se trata de SiC, el primero en intentarlo es Tesla.

En 2018, Tesla sustituyó el módulo IGBT por un módulo de carburo de silicio por primera vez en el Model 3. Al mismo nivel de potencia, el tamaño del paquete de los módulos de carburo de silicio es significativamente menor que el de los módulos de silicio, y las pérdidas de conmutación se reducen en 75%. Además, tras la conversión, la eficiencia del sistema puede mejorarse en unos 5% utilizando módulos de SiC en lugar de módulos IGBT.

Desde el punto de vista de los costes, el coste de sustitución ha aumentado en casi 1500RMB. Sin embargo, debido a la mejora de la eficiencia de todo el vehículo, la capacidad instalada de la batería ha disminuido, y el coste del final de la batería se ha ahorrado.

Se trata de una gran apuesta de Tesla, que ha aplanado el coste gracias a sus enormes ventas en el mercado. Con esta apuesta, Tesla también ha tomado la delantera en la tecnología y el mercado de los sistemas de baterías de 400 V.

¿Qué cambios aportará la plataforma 800V?

En cuanto a los 800V, Porsche, como el primero que come ladillas, instaló el sistema de 800V en el deportivo totalmente eléctrico Taycan lanzado en 2019, iniciando una oleada de carrera armamentística por la arquitectura de alto voltaje de 800V de los vehículos eléctricos.

Analizar el coste desde el lado de Porsche es bastante inapropiado. Después de todo, se centran en el efecto de coche de lujo y prestar atención a una prima de marca.

Pero en el desarrollo y la aplicación de la tecnología, se trata de un gran proyecto que afecta a todos los accesorios del coche. Por ejemplo, en la carga de alta tensión de 800 V, la tensión de la batería también debe elevarse relativamente a 800 V, ya que de lo contrario se quemará debido a la alta corriente de carga. Para ello hay que tener en cuenta qué pila tiene más voltaje.

Además, no sólo afecta al sistema de carga, sino también al sistema de baterías, al sistema de accionamiento eléctrico, a los accesorios de alta tensión y al sistema de mazos de cables, que influyen en el arranque, la conducción y el uso del aire acondicionado del vehículo.

El Taycan original no contaba con una plataforma de voltaje compuesta íntegramente por aparatos eléctricos de 800 V. Porsche no pudo encontrar un compresor de aire acondicionado con un voltaje de trabajo de 800V, pero integró dos sistemas de alto voltaje de 400V y 800V a través de un convertidor DCDC. Y se han hecho algunos compromisos y concesiones en la velocidad de carga rápida de la batería.

El huevo o la gallina: ¿qué fue primero?

A nivel de aterrizaje, para los fabricantes de equipos originales, lanzar un producto con una plataforma de alto voltaje sin infraestructura de apoyo seguirá haciendo que los usuarios se enfrenten al problema de las dificultades de carga.
El problema del "huevo o la gallina" también ha evolucionado hacia el de "el coche espera al montón" o "el montón espera al coche".

Con 800 V como telón de fondo, las pilas de carga existentes deben modernizarse. En comparación con las anteriores pilas de carga ordinarias, el coste de las pilas de carga de alta potencia de 800 V se ha duplicado como mínimo, o incluso se ha multiplicado por 2 o por 3.
Para los modelos de gama baja, la distribución de pilas de carga de alta potencia de 800 V a bordo reducirá enormemente su competitividad en precio.

En segundo lugar, la altísima potencia de carga supone un enorme reto para la red eléctrica. Que pueda promoverse a gran escala también depende de la capacidad de la infraestructura de la red eléctrica.

Sin embargo, para los operadores de pilas de carga de China, la carga rápida de alta potencia también puede ayudar a mejorar la rentabilidad. Cuando las empresas automovilísticas se apresuren a desplegar la arquitectura técnica de 800 V, también aumentará en paralelo el número de pilas de carga de alto voltaje y alta potencia adaptadas a ella.

Además, algunas empresas automovilísticas también han puesto en marcha la colocación de sus pilas de recarga, que es la llamada sobrecarga autogestionada.

Por ejemplo, la red de supercargadores de Tesla, Xiaopeng Motors también propuso un plan para construir su propio supercargador de alto voltaje de 480 kW, y combinó de forma innovadora la carga rápida de 800 V y los sistemas de almacenamiento de energía.

Para que los productos de 800 V pasen del concepto a la realidad, hay que resolver problemas prácticos de infraestructura, como las pilas de carga de alta potencia y las capacidades de infraestructura de la red eléctrica. Otra solución para la carga es cambiar la batería, pero la modelo de negocio de la estación de intercambio de baterías en muchos países aún no está madura.

Conclusión

Además, la escasez de baterías también tendrá cierto impacto. La garantía a gran escala y a gran escala de los modelos de 800 V requiere un suministro estable de SiC. La aplicación del carburo de silicio debe tener en cuenta las actualizaciones tecnológicas y los efectos del mercado, y no completará la sustitución de los IGBT basados en silicio en poco tiempo.

Pero con la llegada de los 800 V, no se trata sólo de inversores. Los cargadores de vehículos, los convertidores CC/CC y las pilas de carga también tienen una fuerte demanda de SiC. Se espera que el mercado de dispositivos de SiC pase de un negocio de 1.000 millones de dólares en 2021 a más de 6.000 millones de dólares en 2027.

La actualización de la arquitectura eléctrica de 800 V tiene una tendencia a largo plazo, y el SiC es el más beneficiado. Otros componentes se actualizan sin problemas, y se espera que surjan dispositivos de SiC. Por último, con la implantación de la infraestructura de reposición de energía, la arquitectura de alta tensión de 800 V es el cuerpo completo definitivo, que puede alcanzar realmente el primer año de 800 V.