在整体产业里还有一块最重要的拼图,就是充电网络的投资。目前主要的汽车企业比如大众、特斯拉甚至是通用汽车,都要自己建立起一套快充网络。在设施端已经开始考虑建立符合未来800V需求的充电设施。在这方面,华为是从充电模块开始设计的, 200V-1000V的兼容,基于两路的500V串联输出,同时实现全负载的高效。
从实际应用中,800V高压平台对电驱动也带来不少难题,如绝缘、轴承电腐蚀和EMC等问题,华为在这方面做了不少的尝试,通过专利高压连接器,专利轴承导流防击穿结构及EMC软硬件抑制等核心创新技术,系统性地解决上述难题。以800V系统中轴承防腐蚀为例,它一直是业界电驱动产品未解决的难题,当前400V下的电机轴承并不是都会发生电腐蚀,但是800V下的系统,电机轴承发生电腐蚀的概率将会直接增加很多。
首先我们要注意的是电驱动系统中,共模电流产生的轴电压。电动汽车里面的驱动电机轴电压还是以「容性电压」为主,它的源头是PWM控制产生的共模电压,经过层层寄生电容进行分压,最终按照一定的比例分到轴承两端。高频感应轴电压产生的机理包括定子绕组与机壳的寄生电容不对称、共模电路中绕组和机壳之间的漏电流发生变化、在电机轴上等效出一个共模电流变化和相应的感应磁通。
主流车企已经开始加大800V高压投入,虽然高压架构依然存在部分挑战,但从总体来看,未来800V高压架构将成为下一代电动汽车主流平台,2022年将成为中国800V系统的一个元年。
800V高压快充是里程焦虑的“破局者”,国内外车企由此掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,以抢攻大功率快充新高地。但800V高压平台的落地是一大系统工程,从系统部件,到整车,以及基础设施等都需要同步变革与推进,上至半导体元器件、电池模组安全性提升,下至车、桩、充电网络的联动升级,当前仍面临许多技术难点。
毋庸置疑,800V高压平台将成未来电动汽车主流平台,而且伴随800V的落地, SiC功率半导体也将成为必然选择,尤其在主驱逆变器这块首当其冲。2021年以来,半导体供应商+车企的“组合拳”模式,正在加速SiC车规级产品落地。
2025年,中国新能源汽车预计增长至700万-1000万辆,届时中国有望成为车用SiC需求最大市场。当下,车用SiC芯片领域仍以欧美日等成熟市场的半导体企业为主,但2021年自主SiC已实现了从无到有的突破,相信规模量产只是时间问题,而国内SiC供应链尚需珍惜时间窗口。
2021年汽车行业的最大爆点,非新能源汽车不可。中国新能源汽车继续领跑全球,连续7年位居全球第一。中汽协发布的2021年汽车销售数据高于之前的预期,如下图所示,国内汽车全年累计销量2627.5万辆,其中新能源汽车销售352.1万辆,市占率也从2020年的5%左右跃升至13.4%。这一数字上涨背后,反映出新能源汽车市场正在进入由政策驱动转向市场拉动新阶段,终端消费者的接受度越来越高,且业界认为,新能源汽车占比达到15%或是一个小的转折点,这一数据标志着新能源汽车可能进入快速发展期,被消费者广泛接受。
未来几年,中国乃至全球新能源汽车的份额都将快速扩大,但不能忽视亟待解决的两大痛点——续航里程不足与补能速度慢。其实,近年来为缓解续航里程焦虑,许多主机厂开始研发更长续航里程车型,供应商也推出创新电池技术、换电等一系列解决方案,但一味地增加动力电池的续航里程,技术方面似乎步入“天花板”,边际效应也开始降低,但充电焦虑仍悬而未决。
原创 新石 次新股研究
从实际应用中,800V高压平台对电驱动也带来不少难题,如绝缘、轴承电腐蚀和EMC等问题,华为在这方面做了不少的尝试,通过专利高压连接器,专利轴承导流防击穿结构及EMC软硬件抑制等核心创新技术,系统性地解决上述难题。以800V系统中轴承防腐蚀为例,它一直是业界电驱动产品未解决的难题,当前400V下的电机轴承并不是都会发生电腐蚀,但是800V下的系统,电机轴承发生电腐蚀的概率将会直接增加很多。
首先我们要注意的是电驱动系统中,共模电流产生的轴电压。电动汽车里面的驱动电机轴电压还是以「容性电压」为主,它的源头是PWM控制产生的共模电压,经过层层寄生电容进行分压,最终按照一定的比例分到轴承两端。高频感应轴电压产生的机理包括定子绕组与机壳的寄生电容不对称、共模电路中绕组和机壳之间的漏电流发生变化、在电机轴上等效出一个共模电流变化和相应的感应磁通。
主流车企已经开始加大800V高压投入,虽然高压架构依然存在部分挑战,但从总体来看,未来800V高压架构将成为下一代电动汽车主流平台,2022年将成为中国800V系统的一个元年。
800V高压快充是里程焦虑的“破局者”,国内外车企由此掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,以抢攻大功率快充新高地。但800V高压平台的落地是一大系统工程,从系统部件,到整车,以及基础设施等都需要同步变革与推进,上至半导体元器件、电池模组安全性提升,下至车、桩、充电网络的联动升级,当前仍面临许多技术难点。
毋庸置疑,800V高压平台将成未来电动汽车主流平台,而且伴随800V的落地, SiC功率半导体也将成为必然选择,尤其在主驱逆变器这块首当其冲。2021年以来,半导体供应商+车企的“组合拳”模式,正在加速SiC车规级产品落地。
2025年,中国新能源汽车预计增长至700万-1000万辆,届时中国有望成为车用SiC需求最大市场。当下,车用SiC芯片领域仍以欧美日等成熟市场的半导体企业为主,但2021年自主SiC已实现了从无到有的突破,相信规模量产只是时间问题,而国内SiC供应链尚需珍惜时间窗口。
2021年汽车行业的最大爆点,非新能源汽车不可。中国新能源汽车继续领跑全球,连续7年位居全球第一。中汽协发布的2021年汽车销售数据高于之前的预期,如下图所示,国内汽车全年累计销量2627.5万辆,其中新能源汽车销售352.1万辆,市占率也从2020年的5%左右跃升至13.4%。这一数字上涨背后,反映出新能源汽车市场正在进入由政策驱动转向市场拉动新阶段,终端消费者的接受度越来越高,且业界认为,新能源汽车占比达到15%或是一个小的转折点,这一数据标志着新能源汽车可能进入快速发展期,被消费者广泛接受。
未来几年,中国乃至全球新能源汽车的份额都将快速扩大,但不能忽视亟待解决的两大痛点——续航里程不足与补能速度慢。其实,近年来为缓解续航里程焦虑,许多主机厂开始研发更长续航里程车型,供应商也推出创新电池技术、换电等一系列解决方案,但一味地增加动力电池的续航里程,技术方面似乎步入“天花板”,边际效应也开始降低,但充电焦虑仍悬而未决。
原创 新石 次新股研究
提高电动汽车充电功率的两条路径
从总体架构来看,提高电动汽车的充电功率主要包含几个核心要素。我们能走的路径只有两条:
提高电流:
如果我们保留其他的部件不变,选择提升电流的路径,主要的限制在于大电流产生的热损失,这会导致整体的设计会有很大的差异。电路中的大电流会产生很高的热损失,因为所有部件(连接器、电缆、电池的电连接、母线排等)的电阻都难免会发热。针对电池在充电期间出现过热的情况,则需要在设计导电元件和确定尺寸时考虑这些热损失,以免发生过载、过热或充电电流受控降额等问题。
提高电压:
由于上述电流的增大是有极限的,目前极限的电流一般定义为500A,所能达到的功率大约200kW(特斯拉在400V设计了600A以上的作为尝试),增加电压把400V系统切换成800V就是成为一个选择。这个对于所有的用电部件,都是一个系统性的提升。里面核心的开关器件还有其他的部分都有了变化。
华为的一项研究显示,采用了800V高压模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充电,而低压大电流模式仅能在10%-20%SOC进行最大功率充电,在其他区间充电功率下降的非常迅速。可见,800V高压模式能支持更长时间的快充。
车企目前主要就是从大电流和高压两条路来做选择,最终会走向800V高压充电的技术路线。
对于当前的车辆升级来看,很重要的是保持原有的系统不变的情况下,来提升快充的体验。从400V到800V会有很大的改变,所以短期内围绕400V来进行功率升级是一个选择。当电流越大时,要想以相同的电压水平传输功率而不会过热,所需的电缆横截面积就越大。
目前主要的高功率设计,目标是200kW,也就是持续5分钟左右的500A电流,为了匹配这个电流,需要增大车内充电插座、充电插座到电池包的高压线缆、快充接触器和主正主负接触器、主熔丝、模组接线排、电芯内部接线排的载流能力。
但是从长期来看,要实现5~10min快速充电,打造和加油一样的充电体验,需要400kW以上的充电功率,则整车电压平台必然要向800V及以上进行演进。而且在充电功率相同的情况下,高压架构下电池系统散热更少,热管理难度低,线束直径更小,成本也更低。
在这个领域,除了车厂以外,华为是特别积极的,而且以全栈高压平台解决方案的形式来做了个800V系统。包括OBC车充电,包括电池管理以及动力总成,车下高压模块,今年发布的方案是15分钟以内的充满30%-80%,两年以后会再上市7.5分钟的解决方案,2025年做到5分钟。
电池安全方面,结合大数据,电化学机理模型,AI模型等打造了云端电池安全方案AI BMS,基于AI算法的训练,通过数字孪生的耦合不断迭代,提升算法效果,做到更快、更准、更精确的预测电池热失控,保障电池安全。
当前,可匹配800V及以上高压快充车型的高压直流桩严重不足。高压架构推广初期可能需要在车端配备升压功能。从400V到800V,解决升压的问题。
800V系统带来的挑战和机会是多元化的,总体来看,它有这么几个机会点:
从电压拓扑来看,可以实现同电芯的梯度配置,也就是可以分为高配高电压;低配低电压的差异化配置。
从电流方向上面,从起始的350A、500A甚至未来的600A,也可以扩展的支持快充,不断提高功率。
由SiC的导入,可以提高整体功率电子的效率和降低体积。
原创 新石 次新股研究
从总体架构来看,提高电动汽车的充电功率主要包含几个核心要素。我们能走的路径只有两条:
提高电流:
如果我们保留其他的部件不变,选择提升电流的路径,主要的限制在于大电流产生的热损失,这会导致整体的设计会有很大的差异。电路中的大电流会产生很高的热损失,因为所有部件(连接器、电缆、电池的电连接、母线排等)的电阻都难免会发热。针对电池在充电期间出现过热的情况,则需要在设计导电元件和确定尺寸时考虑这些热损失,以免发生过载、过热或充电电流受控降额等问题。
提高电压:
由于上述电流的增大是有极限的,目前极限的电流一般定义为500A,所能达到的功率大约200kW(特斯拉在400V设计了600A以上的作为尝试),增加电压把400V系统切换成800V就是成为一个选择。这个对于所有的用电部件,都是一个系统性的提升。里面核心的开关器件还有其他的部分都有了变化。
华为的一项研究显示,采用了800V高压模式的快充支持30%-80%SOC最大功率充电,而低压大电流模式仅能在10%-20%SOC进行最大功率充电,在其他区间充电功率下降的非常迅速。可见,800V高压模式能支持更长时间的快充。
车企目前主要就是从大电流和高压两条路来做选择,最终会走向800V高压充电的技术路线。
对于当前的车辆升级来看,很重要的是保持原有的系统不变的情况下,来提升快充的体验。从400V到800V会有很大的改变,所以短期内围绕400V来进行功率升级是一个选择。当电流越大时,要想以相同的电压水平传输功率而不会过热,所需的电缆横截面积就越大。
目前主要的高功率设计,目标是200kW,也就是持续5分钟左右的500A电流,为了匹配这个电流,需要增大车内充电插座、充电插座到电池包的高压线缆、快充接触器和主正主负接触器、主熔丝、模组接线排、电芯内部接线排的载流能力。
但是从长期来看,要实现5~10min快速充电,打造和加油一样的充电体验,需要400kW以上的充电功率,则整车电压平台必然要向800V及以上进行演进。而且在充电功率相同的情况下,高压架构下电池系统散热更少,热管理难度低,线束直径更小,成本也更低。
在这个领域,除了车厂以外,华为是特别积极的,而且以全栈高压平台解决方案的形式来做了个800V系统。包括OBC车充电,包括电池管理以及动力总成,车下高压模块,今年发布的方案是15分钟以内的充满30%-80%,两年以后会再上市7.5分钟的解决方案,2025年做到5分钟。
电池安全方面,结合大数据,电化学机理模型,AI模型等打造了云端电池安全方案AI BMS,基于AI算法的训练,通过数字孪生的耦合不断迭代,提升算法效果,做到更快、更准、更精确的预测电池热失控,保障电池安全。
当前,可匹配800V及以上高压快充车型的高压直流桩严重不足。高压架构推广初期可能需要在车端配备升压功能。从400V到800V,解决升压的问题。
800V系统带来的挑战和机会是多元化的,总体来看,它有这么几个机会点:
从电压拓扑来看,可以实现同电芯的梯度配置,也就是可以分为高配高电压;低配低电压的差异化配置。
从电流方向上面,从起始的350A、500A甚至未来的600A,也可以扩展的支持快充,不断提高功率。
由SiC的导入,可以提高整体功率电子的效率和降低体积。
原创 新石 次新股研究
【2021-2022专题|扩产和结盟大潮下的SiC产业 未来竞争格局已初显】
在SiC器件的产业链中,由于制造工艺难度大,产业链价值主要集中于上游衬底环节。以SiC MOSFET元件来说,仅仅是SiC衬底本身,就已决定60%的SiC MOSFET元件成败。4 英寸及6 英寸是当前SiC衬底主流尺寸规格,与Si材料类似,更大尺寸也是其发展方向。https://t.cn/A6ioQMCA
在SiC器件的产业链中,由于制造工艺难度大,产业链价值主要集中于上游衬底环节。以SiC MOSFET元件来说,仅仅是SiC衬底本身,就已决定60%的SiC MOSFET元件成败。4 英寸及6 英寸是当前SiC衬底主流尺寸规格,与Si材料类似,更大尺寸也是其发展方向。https://t.cn/A6ioQMCA
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