天天百事通!新能源大功率發(fā)展趨勢(shì)及電連接高電壓、大電流應(yīng)對(duì)方案
時(shí)間:2023-06-23 00:02:44
眾多主機(jī)廠和全球知名的汽車零部件供應(yīng)商,主機(jī)廠包括小鵬、理想、深藍(lán)、廣汽埃安等,零部件供應(yīng)商包括博格華納、采埃孚、華為、匯川等,紛紛推出了自主研發(fā)的高壓電驅(qū)系統(tǒng),以及相關(guān)技術(shù)如 SiC 碳化硅功率模塊和油冷電機(jī)。高壓電驅(qū)系統(tǒng)的提前布局,將為 800V 高壓快充產(chǎn)業(yè)放量做好充足的準(zhǔn)備。
也看到了特斯拉使用鋁棒,在一定程度提升了載流能力,但也不影響其安裝空間,并提升了安裝便利性
(資料圖片僅供參考)
隨著電池容量的不斷增大,充電電流不斷增大,目前充電座提升充電電流有兩種方案:被動(dòng)冷卻、主動(dòng)冷卻;
被動(dòng)冷卻:增大導(dǎo)體截面積,增大散熱面積,降低通流產(chǎn)生的熱量;如果采用電纜的結(jié)構(gòu),線徑增大,但是散熱面積增大有限,另外大線徑(超過(guò)95以上),壓接和超聲波焊接難度增大,或者工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn),給載流能力提升帶來(lái)很大困難,使用busbar更利于獲取更大的接觸面積及散熱面積,較電纜的載流能力有很大優(yōu)勢(shì),另外采用busba可以螺栓連接,連接更簡(jiǎn)單、可靠,即使匹配了液冷槍,能夠帶走充電座的熱量也是有限的,想要達(dá)到槍同等級(jí)別的能力,還是需要增大導(dǎo)體面積,此時(shí)只能采用busba。
主動(dòng)冷卻:1)大功率液冷充電槍是通過(guò)一個(gè)電子泵來(lái)驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng),冷卻液在經(jīng)過(guò)液冷線纜時(shí)(液冷線纜在工作時(shí)由于承載大電流會(huì)發(fā)熱),帶走線纜及充電連接器的熱量,回到油箱(儲(chǔ)存冷卻液),然后通過(guò)電子泵驅(qū)動(dòng)經(jīng)過(guò)散熱器散發(fā)熱量,如此循環(huán)工作,可以達(dá)到小截面積線纜通載大電流、低溫升的要求,這種方案槍線能夠得到很好的冷卻,線徑更細(xì),更方便充電,婦女小孩都可以操作,但是對(duì)于插座來(lái)講線束沒(méi)有冷卻,不利于獲得更高的電流。
2)在充電插座上增加液冷版,利用整車的電池系統(tǒng)冷源對(duì)充電插座連接部位進(jìn)行冷卻,目前新能源車基本標(biāo)配液冷,且冷卻液溫度較目前充電樁的冷卻液低,易獲得更大的充電電流,但此種方案可能更適用于大電量的商用車,就比如特斯拉semi兆瓦級(jí)充電,槍、座同時(shí)冷卻,乘用車電量較商用車低很多,采用被動(dòng)冷卻方式即可。
特斯拉semi兆瓦級(jí)充電
從特斯拉公布的對(duì)比圖看,V4樁的性能提升可謂是非常之大。導(dǎo)體的電流密度由V3的13A/mm2提升至了35A/mm2,提高了近3倍(見(jiàn)下方柱狀圖)。
充電電纜電流密度的提升得意于特斯拉V4充電樁采用了浸入式冷卻技術(shù),V3充電樁采用的是冷卻管路冷卻導(dǎo)體。
大功率液冷充電槍是通過(guò)一個(gè)電子泵來(lái)驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng),冷卻液在經(jīng)過(guò)液冷線纜時(shí)(液冷線纜在工作時(shí)由于承載大電流會(huì)發(fā)熱),帶走線纜及充電連接器的熱量,回到油箱(儲(chǔ)存冷卻液),然后通過(guò)電子泵驅(qū)動(dòng)經(jīng)過(guò)散熱器散發(fā)熱量,如此循環(huán)工作,可以達(dá)到小截面積線纜通載大電流、低溫升的要求。
正負(fù)極電纜分別與正、負(fù)冷卻管路構(gòu)成整個(gè)冷卻回路。
正因?yàn)槿绱薞4整體要比V3看上去更大一些。
Elon 說(shuō),新的 Supercharger V4 系統(tǒng)將支持 1000V 充電,其充電電纜與當(dāng)前的 V3 電纜像蛇形一樣優(yōu)雅,而不是像象鼻一樣,考慮到 1MW以上的充電功率,特斯拉采用了創(chuàng)新的液體冷卻技術(shù)。
特斯拉V3的最大充電功率為250KW,V4的電纜電流密度是V3的2.5倍,相同電纜截面積的電纜,V4的充電功率可提升至625KW,另外Supercharger V4 系統(tǒng)將支持 1000V 充電,電壓提升了2倍以上,所以在與V3同樣充電電纜截面的條件下,Supercharger V4 的充電功率最低可以達(dá)到1.25兆瓦。
正式因?yàn)镾upercharger V4提供了兆瓦級(jí)的充電,特斯拉semi才實(shí)現(xiàn)了30min充電70%的電量,從特斯拉semi、30min充電70%,我們?cè)賮?lái)反推一下他的30分鐘的充電功率。
我在維基百科查到,特斯拉semi動(dòng)力電池的電輛是900KW,70%的電量為630KW,30min充電630KW,那充電功率就在1.26兆瓦,跟前邊的推論基本一致。
按照推論充電功率在1.26兆瓦,電壓平臺(tái)為1000V,如果按照恒流充電的策略,特斯拉semi前30min的充電電流將達(dá)到1260A。
結(jié)合Supercharger V3,V3充電soc在10%~25%區(qū)間充電功率達(dá)到250KW,25%~60%區(qū)間充電功率降至150KW,受到電池發(fā)熱后的限制,不得不把充電功率下調(diào),以此來(lái)看特斯拉semi的充電功率應(yīng)該會(huì)是同樣的策略。
前期我們看到的特斯拉semi的充電口是這個(gè)樣子的,由4對(duì)功率端子組成達(dá)到兆瓦級(jí)的充電功率,提升充電速度。
充電時(shí)槍是這樣子,怎么看都是個(gè)臨時(shí)方案。
現(xiàn)在新的充電槍結(jié)構(gòu)是多觸電,扁平結(jié)構(gòu),個(gè)人分析扁平結(jié)構(gòu)的端子整體可以獲得更大的載流能力,不用再分散成為幾個(gè)功率端子,這樣更加的有利于液冷方案的實(shí)施。另外從充電座端講,充電座采用扁平端子,可以使用銅牌或鋁牌并聯(lián)的方式進(jìn)行連接,使充電座更加的簡(jiǎn)單安裝,且比電纜更能獲得更高的載流能力,就如下方結(jié)構(gòu)的充電插座一樣。
從特斯拉來(lái)看,歐美在充、換電這兩種路線上,不管是乘用車、重型商用車篤定了大電流充電的路線,估計(jì)不會(huì)有發(fā)展換電可能,CharIN 在前面幾個(gè)月正式推出了用于重型車輛的兆瓦充電系統(tǒng)(MCS)直流快速充電連接器。
從歐美的觀點(diǎn)來(lái)看:◎重型車輛根據(jù)不同的梯度來(lái)配置不同的里程;◎圍繞配電和儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建快充系統(tǒng);◎重卡和乘用車采用相似的可支持的結(jié)構(gòu)發(fā)展。
CharIN給出的MCS連接器的具體要求:◎單導(dǎo)電插頭;◎最大電壓1.250V;◎最大電流3000A;◎PLC + ISO/IEC 15118;◎觸摸安全(UL2251);◎充電連接器手柄上的軟件解釋覆蓋開(kāi)關(guān);◎遵守OSHA和ADA(及當(dāng)?shù)赝葮?biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn);◎FCC A類EMI(和當(dāng)?shù)氐刃В弧蛭挥谲囕v左側(cè),大致與臀部高度;◎能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化(支持充電機(jī)器人);◎UL(NRTL)認(rèn)證;◎網(wǎng)絡(luò)安全;◎V2X(雙向)
MCS的設(shè)計(jì)最大電流為3,000A(3kA),最高可達(dá)1,250V(1.25 kV),整體的設(shè)計(jì)規(guī)格最高的定義為3,750kW(3.75MW)峰值功率。這和CCS Combo(Type1和Type2)連接器的 350-500kW 高出接近10倍。
目前MCS連接器的工作原型已=在Alpitronic充電系統(tǒng)和Scania電動(dòng)卡車上進(jìn)行了演示,能夠接收超過(guò)1MW的功率(在充電樁和電動(dòng)汽車內(nèi)部雙向液冷的加持下,可以達(dá)到3MW+)。根據(jù)CharIN的網(wǎng)站:
Semi電池模塊化,根據(jù)不同配置(續(xù)航能力)新增與減少電池?cái)?shù)量;模塊化整體高壓回路設(shè)計(jì),取消慣用串聯(lián)電池包正負(fù)極設(shè)計(jì)或單獨(dú)電池包對(duì)控制單元回路設(shè)計(jì)。
還有一個(gè)亮點(diǎn)就是我們發(fā)現(xiàn)了用在tesla modelY充電上的鋁棒通用使用在了Semi的電池線束上邊。
最后給大家附幾張Semi的透視圖
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