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新能源汽车‘小三电’介绍

一、小三电简介

诸君都清楚新能源汽车与传统汽车最大的区别主要是动力系统的不同,新能源汽车通过'三电’的应用,取代了传统汽车的发动机、配套子系统以及相关控制系统。这其中'三电’主要包括大三电(动力电池、电机和电控)和小三电(车载充电机OBCDC/DC电压变换器以及高压配电盒PDU),大三电为整车提供动力源及相关系统控制,小三电负责高压回路的扩展应用,为整车高压附件提供电能及管理。

1 新能源汽车小三电

1.1 高压配电盒(PDU

作为新能源汽车的电能分配单元,其通过母排及线束连接整车高压器件,并将整车电能分配到OBCDC/DC、空调、加热器等用电设备中,是动力电池与高压用电器相连接的纽带。PDU通过对整车的高压进行管理,可起到对高压系统充放电控制、高压部件用电控制、过载保护、高压采样、低压控制等功能,并实现保护和监控高压系统的运行作用,其架构如下:

2 单纯的PDU

1.2 车载充电机OBC

是为汽车实现交流慢充功能的重要装置。用户在为新能源汽车充电补能时,动力电池可接收的电流为直流电,而我们平时所使用的家用电是交流电,OBC的功能便是将交流电网中的单相交流电(220V)或三相交流电(380V)转化为直流电从而供新能源汽车充电,其架构示意可如下图所示。

3 通过OBC将交流转为直流

1.3 DC/DC

在整车电气系统中,按电压范围可将其分为高压电气系统以及低压电气系统。在新能源汽车的应用过程中,用户通常是通过充电桩为动力电池补能,这部分所涉及的主要电气系统是高压,因此我们可称之为高压系统补能。而对于低压(12V/24V)电瓶的补能通常情况下是无法直接通过充电实现的,因此在整车系统中需要对高压进行转换,此用于高低压转换的装置便是DC/DC。其功能便是将高压转换为低压后对低压电瓶进行充电,这是一种间接的补能方式,其架构示意如下图所示:

4 通过DC/DC将高压转为低压

注:低压也可直接补能,可参考汽车长时间没开时需要搭电的情况,虽然是利用了其他车辆的低压电源,但此时对于馈电的车辆而言,低压电池会被充上很小的一部分电量,其实就是单体12V电池之间的互充。

二、小三电发展趋势

零部件的发展绝不可能脱离整车而独自进化,其发展方向必然是为整车的发展方向做辅助的。因此在整车电动化、集成化、轻量化、智能化的趋势之下,小三电的发展应需要朝着同样的方向演进。

2.1 软硬件/结构集成化

基于小三电之间的共性,多合一的产品设计已成为主流,但当前大部分的产品仅是将原本分散的控制器通过物理的方式,在结构上将多产品集成到一个壳体中,以形成'合一’性的新产品。该集成方式降低了原本分散的产品的总重量,又减少了对整车空间的占用,为整车的轻量化做出了一定的贡献,同时多产品的集成,亦降低了零件的总成本。

在产品的开发能力上,相对于分散的零件,集成化对于零部件厂家在产品结构设计、软硬件开发上的能力都要较之之前要有所提升,这也为多合一产品的进一步集成化埋下了可能。物理集成的进一步将会是软硬件的集成,将原本在一个壳体中的多模块硬件集成于同一平台中实现真正的多合一产品,而此时产品的功能将不再限制于原本小三电的功能。由于产品进一步的集成化,其内部的硬件电路不再分散,因此总成产品的体积将再次减小,同时在BOM成本、生产成本等方面亦将得到优化。

图5 小三电发展趋势

2.2 功率提升

在快充需求的覆盖之下,400V高压平台正朝着800V演进,而此过程带来的将是高压回路中相关元器件的升级,首当其冲的便是传统IGBT功率器件将被SiC等高性能器件取代,从而达到对产品功率的升级目的。就OBC而言,当下主流的3.3kW/6.6kW的产品将会提升至11kW22kW

在之前关于'快充’的文章介绍中曾有提到关于800V高压架构的几种不同方案,在当前汽车市场环境之下,当整车采用全栈800V高压方案时,为了匹配外部400V的充电桩,400V-800V的升压DC/DC将不可缺少。而当整车采用动力电池800V其他高压电器400V的方案时,800V-400V的高压DC/DC亦将不可获缺。而对于高压转低压的DC/DC,在全栈800V架构下,800V-12V/24VDC/DC将取代400V-12V/24V。在整车DC/DC的应用中,多个DC/DC集成亦将是趋势之一。

2.3 产品/功能的弱化与提升

如上2.2所述,在不同的方案中,DC/DC的应用数量将会有所增加,这便促进了该产品/功能在未来市场发展中将会是处于增长的趋势。而对于OBC产品,如今交流/直流共进的补能方式之下,为了进一步统一整车的充电标准,行业中隐有部分企业已将交流取消,代以直流方式。该做法在零部件成本、轻量化等方面皆具有一定的优势,因此对于该产品/功能在未来的市场发展中或增幅会较之其同类DC/DC产品应要弱上许多。

以上,关于小三电的简介供诸君参考。
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