【百科释义】
#12288;#12288;如今,新能源汽车时代的大幕已经拉开,车企大多转向电动化,生产的新能源汽车也逐渐被消费者接受。据统计,2022年5月,新能源乘用车终端销量32.3万辆,同比增长81.4%,渗透率高达25.5%。因此,从这些数据中不难看出,消费者对新能源汽车,尤其是纯电动汽车的接受度在逐渐提高,但仍有部分“里程焦虑”的消费者持观望态度。
#12288;#12288;为了解决里程焦虑,厂商不断投入
#12288;#12288;事实上,新能源汽车的发展主要得益于国家政策的大力支持,比如对新能源汽车的补贴、免征购置税、不限号等,都极大地推动了新能源汽车在我国的普及。但续航里程无法满足更多的使用场景,反而成为新能源汽车发展的一大障碍。为了提高续航里程,必须在三电系统的技术上有所突破,尤其是在电池技术上。为此,各大厂商都进行了大量的投入。
#12288;#12288;比如我们熟悉的特斯拉,它的电池里增加了镍的含量。镍的比例越高,电池的能量密度越高,车辆的续航里程也越大。比如811、523、LG电池,镍含量高达90%。然而,由于国际形势和其他问题,镍的价格从每吨20,000美元上涨到33,000美元。由于原材料价格上涨,车辆价格也一直在上涨。此外,高镍三元锂正极材料中镍、钴、锰的比例由原来的“5: 2: 3”升级为“6: 2: 2”,现在升级为“8: 1: 1”。虽然增加了续航里程,但是镍的化学活性强,动力电池的热失控现象也增加了。
#12288;#12288;在中国,电动车起火的情况并不少见。如何有效解决这个问题,比亚迪给出了相对安全的解决方案。随着2020年3月磷酸亚铁锂刀片电池的问世,磷酸亚铁锂电池凭借其高安全性和稳定性,已经全面安装在比亚迪所有汽车上。在业内最严格的针刺测试中,钢针穿透刀片电池后,没有明火,也没有冒烟,电池表面温度只有30℃-60℃。
#12288;#12288;从技术上来说,刀片电池的主要用途是将电芯做成“刀片”般细长的形状,长度可以根据电池组的大小定制,最长可达2m以上。组装时,电池片可以直接跳过“模块”这一级,直接组成电池组,提高空之间的利用率50%。以比亚迪韩EV为例,续航里程达到了605km,达到了目前的主流水平。
#12288;#12288;碳化硅技术在表面上优势明显
#12288;#12288;在传统的新能源汽车中,要使车辆的续航里程更长,通常的办法是增加电机功率和电池密度等。这种方式虽然可以提高车辆的动力和续航能力,但需要为车辆预留更大的底盘空空间,车重也会相应增加,间接影响了车辆的操纵性能。
#12288;#12288;那么碳化硅是一种什么材料呢?事实上,碳化硅是近年来发展迅速的一种新型半导体材料。与传统的用于芯片制造的硅基材料相比,碳化硅在高电压、大功率的工作环境下具有更好的性能和更高的电流传导效率,从而使电动汽车更加节能,增加续航里程。。同时,碳化硅的使用还可以实现动力系统更加紧凑的布局,为车辆提供更加丰富的空空间。
#12288;#12288;由于其独特的结构,碳化硅在能耗方面有着突出的表现。据研究,在高电压下,碳化硅的能量效率比相同的硅部件提高了8-12%,传导损耗降低了14%。同时碳化硅可以在高频下稳定工作。得益于这些技术和主机厂相应的电子算法,车辆的电流损耗更小,电机也能处于最佳工作状态。
#12288;#12288;在轻量化和集成化方面,碳化硅技术也有很大的优势。由于其传导损耗明显降低,碳化硅制成的控制器工作密度明显提高,与同等性能的控制器相比,其体积大大减小。目前,碳化硅在纯电动汽车的电机功率控制模块和充电设备中有着广泛的应用场景和发展空。
#12288;#12288;事实上,早在2018年,特斯拉就测试了碳化硅技术来降低车辆能耗。2020年,比亚迪还开发了碳化硅电机驱动器,显著提高了车辆加速性能。次年,2021年,美国一家新能源汽车公司交付了第一批搭载碳化硅控制器的车型。碳化硅技术开始广泛应用于纯电动汽车领域。
#12288;#12288;哪些型号采用了碳化硅技术?
#12288;#12288;目前特斯拉、比亚迪、蔚来都推出了碳化硅相关产品,其中特斯拉首次应用在Model 3上,主要用于主驱动逆变器的功率模块,这样可以减小逆变器的体积,打造更加流线型的车身。同时,模型3的风阻系数更好。
#12288;#12288;在国内车企中,比亚迪Han EV已经开始使用自主研发的碳化硅技术,搭载碳化硅技术控制器,使得Han EV高性能版加速性能显著提升,比搭载4.0芯片的唐EV快0.5秒。据悉,比亚迪将于2023年在其电动汽车中全面采用碳化硅技术器件。
#12288;#12288;2021年6月,蔚来ET7首台180kW碳化硅电驱动系统已经下线。这种驱动系统可以使电机的整体损耗降低4%-6%。在结构上,蔚来的180kW电传动系统在相同尺寸和电压下,性能有了很大的提升,包括电机类型和转子磁钢的选择。然后异步感应电机通过优化电池提高模块电流,从而实现性能升级。其次,对减速器的速比进行了优化,减速器的速比由9.57提高到10.48。
#12288;#12288;得益于碳化硅模块的应用,算法、效率、功耗、NVH、寿命等等也间接得到优化。蔚来驱动技术在算法上采用了“全局PWM控制”。它可以根据不同的工作条件,通过脉宽调制(PWM)来控制电机。比如车辆低速行驶时,系统会采用开关频率策略,调整碳化硅模块的开关频率,降低能耗35%左右,最终达到节能的目的;当车辆高速行驶时,系统会采用PWM调制优化策略,通过改变某一点或某一部件的频率,可以降低33.3%的能耗。当车辆处于高负荷时,系统还会提高电压利用率,实现功率提升。
#12288;#12288;总的来说,碳化硅作为最典型的第三代半导体材料,具有导电快、耐高压、耐高温等优点。用碳化硅设计的电子控制装置可以提高电机驱动系统的效率和功率。
#12288;#12288;总结:碳化硅技术无疑是未来新能源汽车最热门的技术之一。同时,800V高压快充系统能否有效落地,成为新能源汽车取代传统燃油汽车的关键。但目前对于车企来说,如何控制车辆的制造成本,采用什么样的技术仍然是主要问题。就国内车企而言,比亚迪和蔚来在电机控制单元都采用了IGBT和碳化硅两种方案,可以有效降低整车成本,提升整车动力。可以说目前对碳化硅技术的研究可以缓解目前续航里程的焦虑,现有技术不能随意抛弃。毕竟单一的技术路线无法满足多样化的市场需求。
声明:本文内容仅代表作者个人观点,与本站立场无关。如有内容侵犯您的合法权益,请及时联系我们,我们将尽快安排处理。