如今，新能源汽車正迎來800V的風(fēng)口。緯湃科技致力于為可持續(xù)出行提供先進(jìn)的動力總成技術(shù)，通過提供適用于電動、混動及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)所用的關(guān)鍵部件和智能系統(tǒng)解決方案，讓出行變得更清潔、更高效、更經(jīng)濟(jì)。

2022年12月7-8日，由蓋世汽車主辦的2022第三屆汽車電驅(qū)動及關(guān)鍵技術(shù)大會上，緯湃科技中國科技與創(chuàng)新部總監(jiān)王海波指出，要實現(xiàn)從400V到800V的升壓，目前共有重置電池、通過升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓以及利用現(xiàn)有電機(jī)和逆變器實現(xiàn)升壓充電三種解決方案。

王海波 | 緯湃科技中國科技與創(chuàng)新部總監(jiān)

我的內(nèi)容主要分成四個部分：緯湃科技及其解決方案，電驅(qū)架構(gòu)的演變趨勢，以及這一趨勢下直流升壓充電和多功能電子箱的技術(shù)發(fā)展，緯湃科技在全生命周期減碳上的探索。

緯湃科技及其解決方案

緯湃科技在動力總成上有很多積累，可以提供覆蓋內(nèi)燃機(jī)、混動、電動的完整解決方案，我們的總部在德國，全球有50多個生產(chǎn)基地，近4萬員工，2021年的銷售總額是83億歐元。

在中國，緯湃科技的總部是上海，生產(chǎn)電驅(qū)相關(guān)產(chǎn)品的工廠設(shè)在天津，2019年，緯湃科技第三代電驅(qū)系統(tǒng)投產(chǎn)，面向亞洲提供電驅(qū)研發(fā)服務(wù)的天津新能源研發(fā)中心于2021年建立。

比較新的產(chǎn)品是第四代800V油冷電驅(qū)，使用了最新的碳化硅技術(shù)，八層扁線，實現(xiàn)了電機(jī)+電驅(qū)+減速器的三合一集成，配置了充電升壓功能，不僅可以將這一電機(jī)作為驅(qū)動單元，也可以利用它主動發(fā)熱，替代PTC。

電驅(qū)架構(gòu)的驅(qū)動因素和發(fā)展趨勢

目前，電驅(qū)架構(gòu)向高壓化演進(jìn)，我們認(rèn)為這一現(xiàn)象的背后有以下幾點驅(qū)動力：第一是成本，如果能把成本做低，就能促進(jìn)電動車的整體普及，提高市場占有率，這是永恒的話題。

第二是駕駛里程，這背后是電驅(qū)系統(tǒng)效率的提升，直接表現(xiàn)就是：容量/體積更小的電池可以達(dá)到同樣的續(xù)航里程，這也是降本的路徑。

第三是功率密度、體積密度和重量密度，未來，整個功率密度還有很大的提升空間。

最后是雙碳的影響，企業(yè)在產(chǎn)品架構(gòu)的設(shè)計上，要參考全生命周期減碳的視角。

總而言之，以上四個方面會是驅(qū)動電驅(qū)架構(gòu)演變的核心要素，那么電驅(qū)架構(gòu)會如何演變呢？我們認(rèn)為會有三個階段：

早期的全分離式階段，每個零件都是單獨(dú)的；現(xiàn)在的部分集成階段，實現(xiàn)大三電、小三電的集成；未來的全面集成階段，更多類似七合一、八合一的應(yīng)用。在這三個階段的演進(jìn)過程中，集成思路也會從機(jī)械、電路控制轉(zhuǎn)向功能集成、軟件集成……這是我們對整個趨勢的預(yù)測。

直流升壓充電和多功能電子箱的發(fā)展

基于這一趨勢，緯湃科技也做了一定的探索，這里主要介紹直流升壓充電和多功能電子箱兩項技術(shù)。

首先是高壓充電，800V平臺的元年即將開啟，但是很多充電樁還都是400V的，如何實現(xiàn)400V向800V的轉(zhuǎn)化，我認(rèn)為，總體會有三種解決方案。

第一種是重置電池，把800V電池變成兩個400V的，充電樁還是用400V，這一方案在歐洲比較流行。第二種是通過直流升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓。第三種是通過復(fù)用逆變器和電機(jī)電感實現(xiàn)升壓充電，即直流升壓逆變器。

考慮到成本和體驗，我們認(rèn)為，直流升壓逆變器是比較合適的方法。

圖片來源： 緯湃科技

這三種解決方案各有各的優(yōu)缺點，重置電池相對比較復(fù)雜，切換過程會有短時失去電源的風(fēng)險，因為在切斷過程中是需要完全斷電的。如果直接使用直流升壓轉(zhuǎn)換器，主要的成本來自于額外的零部件，充電功率完全取決于升壓轉(zhuǎn)化器。

直流升壓逆變器是比較理想的方案，相當(dāng)于運(yùn)用車內(nèi)已有的電驅(qū)系統(tǒng)，復(fù)用逆變器、電機(jī)來實現(xiàn)，性價比最高。

圖片來源： 緯湃科技

下圖是我們的拓?fù)鋱D和仿真模型關(guān)鍵參數(shù)，電機(jī)電感、互感取決于電機(jī)設(shè)計，主要的影響參數(shù)是開關(guān)頻率以及母線電容大小，其他都是比較次要的影響參數(shù)，右圖可以看出，開關(guān)頻率對于直流升壓電容尺寸的影響較大，同時充電樁要求電流紋波峰峰值最大不可以超過9A。

圖片來源： 緯湃科技

以下是實測數(shù)據(jù)，充電功率大于40kW的情況下，我們都可以達(dá)到95%以上的充電效率。充電功率最高可以達(dá)到120kW的峰值功率，97.3%的充電效率，而紋波電流不到3A。

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第二個要介紹的是多功能電子箱，這一產(chǎn)品的初衷是將驅(qū)動、充電、反向充電等功能集成在一個零部件內(nèi)。它的核心是一個比較特殊的逆變器，每相由一個直流轉(zhuǎn)化器組成，有4個開關(guān)，1個電感，1個電容，可以實現(xiàn)雙向升壓降壓，通過復(fù)用濾波、控制、冷卻和外殼等降低成本與體積。

不完全依賴于車用電池電壓電機(jī)，多功能電子箱可以通過中間的接電單元將其接入到不同的用電或者供電單元上，可以實現(xiàn)交流充電、三相交流充電、高壓充電，400V/800V，反向充電，電驅(qū)等各種功能。

圖片來源： 緯湃科技

該產(chǎn)品的優(yōu)勢在于：對于充電而言，在峰值負(fù)載條件下，車載充電效率可以提升1.5%；對于電驅(qū)而言，在WLTP工況下的繞組和導(dǎo)通損耗小，由于輸出電壓為近似正弦波，電機(jī)諧波損失大幅減少而電機(jī)效率提升，總效率會提升。但是也面臨安全上的挑戰(zhàn)，比如針對額外漏電的安全保護(hù)措施。

圖片來源： 緯湃科技

緯湃科技在全生命周期減碳上的探索

所謂全生命周期，就是從原材料制取、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、回收的整個周期。緯湃科技的工廠都已經(jīng)購買了綠電，在生產(chǎn)階段產(chǎn)生的碳排放幾乎為零，接下來的發(fā)力方向主要是原材料領(lǐng)域，和我們的供應(yīng)商伙伴一起降低原材料制取階段的碳排放。

我們對第四代EMR4電機(jī)做了全面的全生命周期碳排放分析，發(fā)現(xiàn)電機(jī)實際上貢獻(xiàn)了50%的碳排放，第二是減速器，逆變器在碳排放上占比很小?？偠灾?，我們發(fā)現(xiàn)，在電驅(qū)的制造材料中，碳排放的主要來源是外殼（鋁）和電機(jī)轉(zhuǎn)子（稀土），要進(jìn)一步降低碳排放，對于鋁而言，只能使用可再生能源區(qū)生產(chǎn)電解鋁，提高回收率。對于稀土，則可以通過使用少或不適用稀土來降低碳排放。

外勵磁電機(jī)就是一種不使用稀土但又擁有媲美永磁機(jī)性能的電機(jī)技術(shù)。經(jīng)過我們分析，相比于永磁機(jī)，外勵磁電機(jī)需要額外勵磁電路，增加了逆變器尺寸，從而增加了逆變器的碳排放，但是，又因為不使用稀土材料，減少了電機(jī)的碳排放。

總而言之，以三合一的總體來計算，在其他情況一致的情況下外勵磁電機(jī)能降低4%的碳排放。

圖片來源： 緯湃科技

最后做個總結(jié)，本次分享有兩項重點：第一，電驅(qū)架構(gòu)會走向集成化和高壓化，從機(jī)械集成、電路集成、最后到功能的集成復(fù)用，基于這一趨勢，我們也做了高壓直流充電逆變器，多功能電子箱等不同技術(shù)的探索。

第二，傳統(tǒng)觀點是，產(chǎn)品設(shè)計與制作要顧及成本、性能、效率的鐵三角，但現(xiàn)在還要加入第四個維度：全生命周期的碳排放，助力全球雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)。

（以上內(nèi)容來自緯湃科技中國科技與創(chuàng)新部總監(jiān)王海波于2022年12月7-8日由蓋世汽車主辦的2022第三屆汽車電驅(qū)動及關(guān)鍵技術(shù)大會上發(fā)表的《800V關(guān)鍵電驅(qū)技術(shù)》主題演講。）

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