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800V高压快充带动新能源车桩系统全新升级!
价值盐选
高抛低吸的老股民
2023-05-12 14:37:46

目前,制约纯电动汽车发展的主要因素还是充电速度,相比加油来说,充电速度还是慢很多的,因此解决快充这个短板,是赢得主流消费者支持的关键。


当然,快充需要动力电池和充电设施共同努力,发展高倍率电芯技术的同时,还要升级车桩两端的电压平台,以满足快充的高功率需求。


根据物理定律,功率等于电压和电流的乘积,因此快充可以分为高压快充和高电流快充。


高电流快充对散热要求比较高,而高压快充则对安全性和能量转换效率有一定的提高,因此高压快充成了主流技术路线,深受桩企和车企青睐。


目前主流电动车型选择的电压平台为 400V,在此平台下,快充的最大充电功率大多在 200kW 以下,无法满足车主对于快速充电的需求。


充电最快的 400V 平台车型是特斯拉,搭配 V3 超充桩,其最大充电功率可以达到 250kW,但最大充电电流已经高达 631A,如果继续提升充电功率,将给充电线缆及系统散热带来巨大的挑战。


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而提高电压平台,在相同运行功率下,可以降低车内高压线束、电动机等高压用电设备中通过的电流,进而降低铜损,提高运行效率。


消费者感受到的变化就是能耗降低,续航延长,进而会对电动车产生更大信心。


目前电动车的电压平台正在从 400V 升级为 800V,尽管现在有各种各样的过渡方案,但最终动力电池、充电系统和其他高压模块均会采用 800V 架构。


此次电压升级会给产业链上相关产品带来价值量的提高。


为了方便理解,简单介绍下车桩电气系统的基本架构。


先看车端的,电动车端的高压电气系统包括高压电控系统、动力系统、电池系统、高压设备、高压线束系统。


电池负责储能和供能,高压电控控制车辆的充配电,高压线束传输电能,动力系统将电能转化为机械能,实现车辆驱动,高压设备提供电路保护和其他功能。


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高压电控系统为整车充配电提供解决方案,主要包括高压配电盒(PDU)、车载充电机(OBC)、DC/DC 电压转换器,受整车布置的影响,越来越多车型趋向于将 PDU、OBC、DC/DC 整合为三合一控制器。


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动力系统包括驱动电机、电机控制器(由 MCU 芯片构成)、减速器等,为汽车提供驱动,其中与高压电气系统相关的主要是电机控制器和驱动电机。


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电池系统为车辆提供能量来源,主要包括动力电池和电池管理系统(BMS)。电池管理系统负责对电池的电压、电流、温度进行实时检测,同时还具备漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒等功能。


高压线束系统将电动汽车的高压设备连接起来,传递高压电源和信号,由高压电缆及其连接器、绝缘保护套管和固定支架等组成。


高压设备主要包括电动空调、PTC 加热器和空调压缩机等,通过交流高压电驱动,为新能源汽车提供制冷和制热功能。


再看桩端的电气系统,直流充电桩的电气部分由主回路和二次回路组成。


主回路包括输入断路器、整流模块、熔断器、充电枪等,主回路输入的是三相交流电,经过输入断路器之后由整流模块将三相交流电转换为电池可以接受的直流电,再连接熔断器和充电枪,给电动汽车充电。


整流模块是快速充电桩的核心,也是主要的技术壁垒。


充电桩整流模块(充电模块)的功能是将电网输入的交流电整流成直流电,并转换成需要的电压输出,一般采用两级式变换结构,主要包括 AC/DC 整流电路和 DC/DC 电压变换电路。


断路器和熔断器为系统提供电路过载保护功能,断路器通过电流底磁效应实现断路保护,熔断器通过电流的热效应实现过载保护。


二次回路由充电桩控制器、读卡器、显示屏、直流电表等组成,支持与用户的交互功能。此外,还需要相应的冷却系统为充电桩提供冷却功能。


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那么,800V 平台会带动车桩两端哪些关键组件升级?


在各种电气元件中,电源模块、驱动电机、充电桩功率模块和冷却系统、高压熔断器等零部件的技术升级,是满足 800V 电压平台的关键。


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首先是电源模块,由于电源转换器主要包括 DC/AC 逆变器、AC/DC 整流器、DC/DC 电压转换器等,在电路中提供交直流电压转换功能,通常是由功率半导体分立器件与负责驱动、控制、保护等外围电路集成起来实现。


电源模块升级的关键是升级 SiC 功率器件以及电路拓扑设计能力,SiC 是碳化硅,属于第三代半导体材料,更适用于 800V 电压平台,因此需求量会增多。


衬底作为 SiC 产业价值量最高的环节,可以关注衬底厂商三安光电和天岳先进,而目前已有 800V SiC 量产产品布局的是威斯迈、欣锐科技和英博尔。


驱动电机升级配套成高压需要解决局部放电和轴承腐蚀问题。局部放电指当电压超过临界值时,导体之间的绝缘材料被击穿的现象。局部放电使得定子附近的绝缘材料被腐蚀,导致绝缘系统退化,最终导致绝缘系统完全失效。


使用扁线电机和电磁扁线可以降低局部放电风险,扁线电机的绕组布局可以最小化导线间的电压电位,降低电压应力,减少放电风险,采用的厚漆膜或薄漆膜+PEEK 膜包技术也使得局部放电的风险降低。


轴承防腐一是采用陶瓷轴承等方式进行绝缘处理,使轴承进行电气绝缘,二是从旁路传导轴电流,防止电流通过轴承,减少对轴承的电腐蚀。


在电机控制器领域已有 SiC 电控产品量产的厂商有英搏尔、精进电动、汇川技术。方正电机和精进电动已有 800V 高压驱动电机的量产产品,上游高压电磁线产品龙头精达股份也比较值得看好。


800V 高压充电桩的核心在于功率模块和冷却系统的升级。提高充电桩的输出功率,单纯增加模块数量已经不足以满足需求,提高功率密度是必然趋势。


提高功率密度对于电路的设计、集成和制造的要求很高,这也是各厂商竞争的核心壁垒。目前已有 800V 大功率直流充电桩产品的厂商是绿能慧充和道通科技,拥有大功率充电模块的制造商科士达也值得关注一下。


高电压充电桩的冷却系统正在由风冷向液冷过渡。由于传统风冷无法达到大功率设备散热要求,或者需要较大的空间体积才能满足散热需求,因此需要液冷技术为充电模块和充电枪线散热。


液冷系统包括液冷电缆、液冷充电枪、冷却液、液冷水泵,难点主要在于冷却液和电缆的密封。


由于充电桩的使用环境可能会比较恶劣,如果线缆密封性较差,导致冷却液泄漏,就容易导致冷却系统失效从而引起事故发生。


所以使用的液冷电缆对耐高温、耐腐蚀、抗爆破、耐气候、耐低温的性能要求较高,这方面可以关注英维克。


高压熔断器是电路过电流保护器件,防止电气设备因过载造成损坏。


800V 电压平台的升级需要更加智能的熔断机制,而且对于各方面技术要求也更高。激励型熔断器是目前主要的升级方案,可以关注下激励型熔断器核心制造商中熔电气。


其他零部件如高压继电器、高压连接器、薄膜电容等,不仅技术要求有提高,对于需求量也有明显增多,未来有机会形成量价齐升的趋势。


高压继电器关注第一梯队龙头宏发股份;高压连接器可以关注瑞可达、意华股份、鼎通科技、永贵电器;薄膜电容可以关注法拉电子、江海股份。

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绿能慧充
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真知无价,用钱说话
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  • 只看TA
    2023-05-15 10:41
    英博尔位置低,同花顺还没列入充电桩板块
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  • 底部出妖
    一卖就涨
    只看TA
    2023-05-12 21:01
    谢谢分享!跟踪一下
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  • 只看TA
    2023-05-12 15:06
    谢谢
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