Système d'entraînement électrique de 800 V - opportunités et défis

Pourquoi les véhicules électriques ont-ils besoin de 800 V ?

Qu'il s'agisse Les 10 premières entreprises de batteries d'énergie our les propriétaires de voitures, l'effet "charge de 5 minutes et autonomie de 200 km" est un rêve. Pour atteindre cet effet, deux problèmes majeurs doivent être résolus :

Premièrement, il améliore considérablement les performances de charge et augmente rapidement la vitesse de charge de la batterie.
Deuxièmement, il s'agit d'améliorer l'efficacité opérationnelle de l'ensemble du véhicule et d'augmenter le kilométrage pour une même quantité d'électricité.

Ici, nous pouvons simplement le comprendre avec la physique du collège : P=UI. Donc, si vous voulez augmenter la puissance, il y a deux façons d'augmenter le courant ou d'augmenter la tension.

Le courant élevé entraînera une perte de chaleur importante du pistolet de charge, du câble et des composants principaux de la batterie, et la limite supérieure théorique n'est pas très élevée. Par conséquent, l'augmentation du courant n'est pas une bonne solution.

Alors, pourquoi ne pas augmenter la tension ?

Lorsque le courant du système reste inchangé, la puissance de charge double avec la tension du système, c'est-à-dire que la vitesse de charge maximale double et que le temps de charge est considérablement réduit. En outre, à puissance de charge égale, lorsque la tension est plus élevée, le courant peut être réduit, le fil est moins épais et la consommation d'énergie thermique de la résistance du fil est également réduite.

Par conséquent, la puissance de charge peut être augmentée si la même taille de fil de charge que celle utilisée pour le 400V original est également utilisée. Cela signifie qu'il est possible d'utiliser des fils de charge plus fins sur la plateforme 800V.

Le mode de charge rapide à haute tension de 800 V prend en charge la charge maximale de 30%-80% SOC, tandis que le mode à haute tension et à courant élevé ne peut effectuer la charge maximale qu'à 10%-20% SOC, et la puissance de charge chute très rapidement dans les autres zones. On peut constater que le mode haute tension 800 V permet une charge plus rapide pendant plus longtemps.

L'efficacité opérationnelle plus élevée du véhicule signifie que, lorsque le courant reste inchangé, plus la tension de la batterie est élevée, plus la puissance du moteur est importante et plus l'efficacité de l'entraînement du moteur est élevée.

Par conséquent, la plateforme haute tension 800V permet d'obtenir facilement une puissance et un couple élevés, ainsi que de meilleures performances d'accélération. Bien que l'amélioration de l'efficacité de l'appoint énergétique apportée par le 800V aux véhicules électriques soit qualitative, l'un des principaux obstacles à la promotion du 800V est le coût.

Pourquoi s'agit-il d'une question de coût ?

Nous pouvons pousser de l'arrière vers l'avant. Si l'architecture du véhicule électrique passe à 800 V, la norme de ses composants haute tension sera relevée en conséquence, et l'onduleur sera également remplacé par des dispositifs MOSFET en matériau SiC plutôt que par des dispositifs IGBT traditionnels. Le coût de l'onduleur lui-même n'est surpassé que par celui des composants de la batterie. S'il passe au SiC, le coût augmentera encore d'un cran.

Toutefois, pour les équipementiers, l'application du carbure de silicium ne tient généralement pas compte uniquement du coût des dispositifs d'alimentation, mais surtout de l'évolution du coût de l'ensemble du véhicule. Il est donc très important de trouver un équilibre entre "les économies réalisées grâce au carbure de silicium" et "son propre coût élevé".

Lorsqu'il s'agit de SiC, le premier à essayer est Tesla.

En 2018, Tesla a remplacé pour la première fois le module IGBT par un module en carbure de silicium dans la Model 3. Au même niveau de puissance, la taille du boîtier des modules en carbure de silicium est nettement plus petite que celle des modules en silicium, et les pertes de commutation sont réduites de 75%. En outre, après conversion, l'efficacité du système peut être améliorée d'environ 5% en utilisant des modules SiC au lieu de modules IGBT.

Du point de vue des coûts, le coût de remplacement a augmenté de près de 1500 RMB. Cependant, grâce à l'amélioration de l'efficacité de l'ensemble du véhicule, la capacité installée de la batterie a diminué et le coût de la fin de la batterie a été économisé.

Il s'agit d'un grand pari de Tesla, qui a permis d'aplanir les coûts grâce à l'importance de ses ventes sur le marché. Grâce à ce pari, Tesla a également pris la tête de la technologie et du marché des systèmes de batteries de 400V.

Quels sont les changements apportés par la plateforme 800V ?

En ce qui concerne le 800V, Porsche, en tant que première personne à manger des crabes, a installé le système 800V dans la voiture de sport Taycan entièrement électrique lancée en 2019, ce qui a déclenché une course à l'armement pour l'architecture haute tension 800V des véhicules électriques.

Analyser le coût du côté de Porsche est tout à fait inapproprié. Après tout, ils se concentrent sur l'effet des voitures de luxe et accordent de l'attention à la prime de marque.

Mais dans le cadre du développement et de l'application de la technologie, il s'agit d'un grand projet qui affecte l'ensemble des accessoires de la voiture. Par exemple, dans le cas d'une charge à haute tension de 800 V, la tension de la batterie doit également être relativement élevée à 800 V, sinon elle sera brûlée en raison du courant de charge élevé. Il faut donc tenir compte des éléments suivants quelle batterie a la tension la plus élevée.

En outre, il concerne non seulement le système de charge, mais aussi le système de batterie, le système d'entraînement électrique, les accessoires haute tension et le système de câblage, qui affectent le démarrage, la conduite et l'utilisation des climatiseurs du véhicule.

La Taycan originale n'était pas équipée d'une plate-forme de tension composée uniquement d'appareils électriques de 800V. Porsche n'a pas pu trouver de compresseur de climatisation avec une tension de travail de 800 V, mais a intégré deux systèmes haute tension de 400 V et 800 V par l'intermédiaire d'un convertisseur DCDC. Quelques compromis et concessions ont été faits en ce qui concerne la vitesse de charge rapide de la batterie.

La poule ou l'œuf - qui est arrivé en premier ?

Au niveau de l'atterrissage, pour les équipementiers, le lancement d'un produit doté d'une plateforme à haute tension sans infrastructure d'appui continuera à poser aux utilisateurs le problème des difficultés de chargement.
Le problème de "l'œuf ou la poule" s'est également transformé en problème de "la voiture attend la pile" ou "la pile attend la voiture".

Dans le contexte du 800V, les piles de chargement existantes doivent être modernisées. Par rapport aux piles de chargement ordinaires précédentes, le coût des piles de chargement haute puissance 800V a au moins doublé, voire a été multiplié par 2 ou 3.
Pour les modèles bas de gamme, la distribution de piles de charge de 800 V à haute puissance à bord réduira considérablement leur compétitivité en termes de prix.

Deuxièmement, la puissance de charge extrêmement élevée représente un énorme défi pour le réseau électrique. La possibilité de promouvoir cette technologie à grande échelle dépend également de la capacité de l'infrastructure du réseau électrique.

Toutefois, pour les opérateurs chinois de bornes de recharge, la recharge rapide à haute puissance peut également contribuer à améliorer la rentabilité. Lorsque les constructeurs automobiles s'empresseront de déployer une architecture technique de 800 V, le nombre de bornes de recharge à haute tension et à haute puissance adaptées à cette architecture augmentera également en parallèle.

En outre, certaines entreprises automobiles ont également lancé la pose de leurs piles de recharge, ce que l'on appelle la surcharge auto-opérée.

Par exemple, le réseau de superchargeurs de Tesla, Xiaopeng Motors, a également proposé un plan pour construire son propre superchargeur à haute tension de 480 kW, et a combiné de manière innovante des systèmes de charge rapide de 800 V et de stockage d'énergie.

Pour que les produits 800V passent du concept à la réalité, il faut résoudre des problèmes pratiques d'infrastructure tels que les piles de chargement à haute puissance et les capacités d'infrastructure du réseau électrique. Une autre solution pour la recharge consiste à remplacer la batterie, mais le coût de la batterie est trop élevé pour être pris en compte. modèle d'entreprise pour les stations d'échange de batteries dans de nombreux pays n'est pas encore mature.

Conclusion

En outre, la pénurie de batteries aura également un certain impact. La garantie à grande échelle des modèles 800V nécessite un approvisionnement stable en carbure de silicium. L'application du carbure de silicium doit tenir compte des mises à jour technologiques et des effets du marché, et ne remplacera pas complètement les IGBT à base de silicium dans un court laps de temps.

Mais avec l'avènement du 800 V, il n'y a pas que les onduleurs. Les chargeurs de véhicules, les convertisseurs DC/DC et les piles de chargement sont également très demandeurs de SiC. Le marché des dispositifs SiC devrait passer d'une activité de 1 milliard de dollars US en 2021 à plus de 6 milliards de dollars US en 2027.

La mise à niveau de l'architecture électrique 800V est une tendance à long terme, et c'est le SiC qui en bénéficie le plus. D'autres composants sont mis à niveau en douceur et des dispositifs SiC devraient voir le jour. Enfin, avec la mise en œuvre de l'infrastructure de remplacement de l'énergie, l'architecture haute tension 800V est le corps complet ultime, qui peut réellement atteindre la première année de 800V.