如今，新能源汽車正迎來(lái)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(dòng)力總成技術(shù)，通過(guò)提供適用于電動(dòng)、混動(dòng)及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)上，緯湃科技中國(guó)科技與創(chuàng)新部總監(jiān)王海波指出，要實(shí)現(xiàn)從400V到800V的升壓，目前共有重置電池、通過(guò)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(shí)現(xiàn)升壓充電三種解決方案。

王海波 | 緯湃科技中國(guó)科技與創(chuàng)新部總監(jiān)

我的內(nèi)容主要分成四個(gè)部分：緯湃科技及其解決方案，電驅(qū)架構(gòu)的演變趨勢(shì)，以及這一趨勢(shì)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(dòng)力總成上有很多積累，可以提供覆蓋內(nèi)燃機(jī)、混動(dòng)、電動(dòng)的完整解決方案，我們的總部在德國(guó)，全球有50多個(gè)生產(chǎn)基地，近4萬(wàn)員工，2021年的銷售總額是83億歐元。

在中國(guó)，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(shí)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(dòng)單元，也可以利用它主動(dòng)發(fā)熱，替代PTC。

電驅(qū)架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)因素和發(fā)展趨勢(shì)

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(diǎn)驅(qū)動(dòng)力：第一是成本，如果能把成本做低，就能促進(jìn)電動(dòng)車的整體普及，提高市場(chǎng)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(lái)，整個(gè)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(jì)上，要參考全生命周期減碳的視角。

總而言之，以上四個(gè)方面會(huì)是驅(qū)動(dòng)電驅(qū)架構(gòu)演變的核心要素，那么電驅(qū)架構(gòu)會(huì)如何演變呢？我們認(rèn)為會(huì)有三個(gè)階段：

早期的全分離式階段，每個(gè)零件都是單獨(dú)的；現(xiàn)在的部分集成階段，實(shí)現(xiàn)大三電、小三電的集成；未來(lái)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(gè)階段的演進(jìn)過(guò)程中，集成思路也會(huì)從機(jī)械、電路控制轉(zhuǎn)向功能集成、軟件集成……這是我們對(duì)整個(gè)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。

直流升壓充電和多功能電子箱的發(fā)展

基于這一趨勢(shì)，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(xiàng)技術(shù)。

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

第一種是重置電池，把800V電池變成兩個(gè)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(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓。第三種是通過(guò)復(fù)用逆變器和電機(jī)電感實(shí)現(xiàn)升壓充電，即直流升壓逆變器。

考慮到成本和體驗(yàn)，我們認(rèn)為，直流升壓逆變器是比較合適的方法。

圖片來(lái)源： 緯湃科技

這三種解決方案各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，重置電池相對(duì)比較復(fù)雜，切換過(guò)程會(huì)有短時(shí)失去電源的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵谇袛噙^(guò)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比最高。

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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(jì)，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(duì)于直流升壓電容尺寸的影響較大，同時(shí)充電樁要求電流紋波峰峰值最大不可以超過(guò)9A。

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以下是實(shí)測(cè)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(gè)要介紹的是多功能電子箱，這一產(chǎn)品的初衷是將驅(qū)動(dòng)、充電、反向充電等功能集成在一個(gè)零部件內(nèi)。它的核心是一個(gè)比較特殊的逆變器，每相由一個(gè)直流轉(zhuǎn)化器組成，有4個(gè)開關(guān)，1個(gè)電感，1個(gè)電容，可以實(shí)現(xiàn)雙向升壓降壓，通過(guò)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(guò)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(shí)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。

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該產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)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(duì)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(huì)提升。但是也面臨安全上的挑戰(zhàn)，比如針對(duì)額外漏電的安全保護(hù)措施。

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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(gè)周期。緯湃科技的工廠都已經(jīng)購(gòu)買了綠電，在生產(chǎn)階段產(chǎn)生的碳排放幾乎為零，接下來(lái)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(duì)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(shí)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覀儼l(fā)現(xiàn)，在電驅(qū)的制造材料中，碳排放的主要來(lái)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(duì)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(duì)于稀土，則可以通過(guò)使用少或不適用稀土來(lái)降低碳排放。

外勵(lì)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(guò)我們分析，相比于永磁機(jī)，外勵(lì)磁電機(jī)需要額外勵(lì)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?yàn)椴皇褂孟⊥敛牧?，減少了電機(jī)的碳排放。

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

圖片來(lái)源： 緯湃科技

最后做個(gè)總結(jié)，本次分享有兩項(xiàng)重點(diǎn)：第一，電驅(qū)架構(gòu)會(huì)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(shì)，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(diǎn)是，產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(gè)維度：全生命周期的碳排放，助力全球雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（以上內(nèi)容來(lái)自緯湃科技中國(guó)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(dòng)及關(guān)鍵技術(shù)大會(huì)上發(fā)表的《800V關(guān)鍵電驅(qū)技術(shù)》主題演講。）

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