如今新能源汽车迎来800V插座。威派科技致力于为可持续出行提供先进的动力总成技术，通过提供适用于电动、混合动力和内燃机驱动系统的关键零部件和智能系统解决方案，让出行更清洁、更高效、更经济。
2022年12月7-8日，在Gaspar Automotive主办的第三届汽车电驱动及关键技术大会上，威派科技中国科技与创新部总监王海波指出，目前有三种方案可以将电压从400V提升到800V，即重置电池、通过升压转换器升压以及利用现有电机和逆变器实现升压充电。
王海波|威派科技中国区科技创新部总监
我的内容主要分为四个部分:威派技术及其解决方案、电驱动架构的演进趋势、DC升压充电和多功能电子箱在此趋势下的技术发展、威派技术在全生命周期减碳方面的探索。
威派技术及其解决方案
威派科技在动力总成方面积累很多，可以提供涵盖内燃机、混动、电动的完整解决方案。我们的总部在德国，全球有50多个生产基地，员工近4万人。2021年总销售额为83亿欧元。
在中国，威派科技总部位于上海，生产电驱动相关产品的工厂位于天津。2019年，威派科技第三代电驱动系统投产，2021年成立面向亚洲提供电驱动R&D服务的天津新能源R&D中心。
比较新的产品是第四代800V油冷电传动，采用最新的碳化硅技术和八层扁线，实现了电机+电传动+减速器三合一，并配有充电和升压功能。这种电机不仅可以作为驱动单元，还可以代替PTC用于主动加热。
电驱动建筑的驱动因素及发展趋势
目前，电驱动架构正在向高电压演进，我们认为这一现象背后有几个驱动力:第一个是成本。如果能保持低成本，将推动电动汽车的全面普及，提高市场份额，这是一个永恒的话题。
二是行驶里程，这是电驱系统效率提升的背后。直接表现就是更小容量/体积的电池可以达到同样的续航里程，这也是降低成本的路径。
第三是功率密度，体积密度，重量密度。未来整个功率密度还有很大的提升空间。
最后，双碳的影响，企业在产品结构设计上要参考全生命周期减碳的角度。
总之，以上四个方面将是驱动电驱动架构演进的核心要素，那么电驱动架构将如何演进？我们认为会有三个阶段:
在完全分离的初期，各部分是分离的；目前整合阶段部分实现三大、小三整合；在未来的全面融合阶段，类似七合一、八合一的应用会更多。在这三个阶段的演变中，集成思想也将从机械和电路控制转向功能集成和软件集成...这是我们对整个趋势的预测。
DC升压充电及多功能电子箱的研制
基于这种趋势，威派科技也做了一些探索。这里主要介绍DC升压充电和多功能电子箱两种技术。
首先是高压充电。800V平台元年即将开启，但很多充电桩还是400V。如何实现400 V到800V的转换，我觉得一般会有三种解决方案。
首先是重置电池，把800V电池换成两个400V电池，充电桩还是用400 V，这个方案在欧洲比较流行。第二种是通过DC升压转换器提升电压。三是通过复用逆变器和电机电感实现升压充电，即DC升压逆变器。
考虑到成本和经验，我们认为DC升压逆变器是一个更合适的方法。
图片来源:微维科技
这三种解决方案各有利弊。重置电池相对复杂，切换过程中存在短时掉电的风险，因为在切割过程中需要完全切断电源。如果直接使用DC升压转换器，主要成本来自额外的零件，充电功率完全取决于升压转换器。
DC boost逆变器是一个比较理想的方案，相当于使用车内现有的电驱动系统，重复使用逆变器和电机，性价比最高。
图片来源:微维科技
下图显示了我们的拓扑图和模拟模型的关键参数。电机电感和互感取决于电机设计。主要影响参数是开关频率和母线电容，其他参数相对较小。右图可以看出，开关频率对DC升压电容的大小影响很大，充电桩要求电流纹波最大峰峰值不超过9A。
图片来源:微维科技
以下是实测数据。当充电功率大于40kW时，我们都可以达到95%以上的充电效率。最高充电功率可达峰值功率120kW，充电效率为97.3%，纹波电流小于3A。
图片来源:微维科技
第二个是多功能电子箱。这款产品的初衷是将行驶、充电、反向充电的功能集成在一个部件中。其核心是一个专用逆变器，每相由一个带四个开关的DC变换器、一个电感和一个电容组成，可以实现双向升压和降压，通过复用滤波、控制、冷却和外壳来降低成本和体积。
多功能电子箱可以通过中间电源连接单元连接到不同的用电或供电单元，实现交流充电、三相交流充电、高压充电、400V/800V、反向充电、电力驱动等多种功能。
图片来源:微维科技
该产品的优点是:对于充电，在高峰负荷情况下，车辆充电效率可提高1.5%；对于电力驱动，在WLTP条件下，绕组和传导损耗较小。由于输出电压近似为正弦波，大大降低了电机谐波损耗，提高了电机效率，总效率也会提高。然而，它也面临着安全挑战，如防止额外泄漏的安全保护措施。
图片来源:微维科技
威派技术在全生命周期碳减排中的探索
所谓全生命周期，就是原材料准备、生产、运输、使用、回收的全周期。威派科技所有工厂都采购了绿色电力，生产阶段产生的碳排放几乎为零。下一步的努力方向主要在原材料领域，我们将与供应商合作伙伴一起减少原材料准备阶段的碳排放。
我们对第四代EMR4电机做了全面的生命周期碳排放分析，发现电机实际贡献了50%的碳排放，其次是减速器，逆变器占碳排放的比例很小。总之，我们发现电驱动的制造材料碳排放的主要来源是机壳(铝)和电机转子(稀土)。要进一步减少碳排放，对于铝来说，只能利用可再生能源领域生产电解铝，提高回收率。对于稀土来说，少用或不用稀土就可以减少碳排放。
外励磁电机是一种不使用稀土，但性能与永磁电机相当的电机技术。通过我们的分析，相比永磁电机，外激电机需要额外的励磁电路，增加了逆变器的体积，从而增加了逆变器的碳排放，但由于没有使用稀土材料，减少了电机的碳排放。
总之，在其他条件相同的情况下，三合一整体计算，外激电机可以减少4%的碳排放。
图片来源:微维科技
最后做个总结，这次分享有两个重点:一是电驱动架构将走向集成化和高压化，从机械集成、电路集成，最终走向功能集成和复用。基于这一趋势，我们还探索了不同的技术，如高压DC充电逆变器和多功能电子箱。
第二，传统的观点是产品设计和生产要兼顾成本、性能和效率的铁三角，但现在我们应该增加第四个维度:全生命周期的碳排放，以帮助实现全球碳加倍的目标。
(以上内容来自威派科技中国科技与创新部总监王海波在2022年12月7-8日由Gaspar主办的第三届2022汽车电驱动及关键技术大会上发表的题为《800V关键电驱动技术》的主题演讲。)如今新能源汽车迎来800V插座。威派科技致力于为可持续出行提供先进的动力总成技术，通过提供适用于电动、混合动力和内燃机驱动系统的关键零部件和智能系统解决方案，让出行更清洁、更高效、更经济。
2022年12月7-8日，在Gaspar Automotive主办的第三届汽车电驱动及关键技术大会上，威派科技中国科技与创新部总监王海波指出，目前有三种方案可以将电压从400V提升到800V，即重置电池、通过升压转换器升压以及利用现有电机和逆变器实现升压充电。
王海波|威派科技中国区科技创新部总监
我的内容主要分为四个部分:威派技术及其解决方案、电驱动架构的演进趋势、DC升压充电和多功能电子箱在此趋势下的技术发展、威派技术在全生命周期减碳方面的探索。
威派技术及其解决方案
威派科技在动力总成方面积累很多，而且……n提供涵盖内燃机、混合动力和电动的完整解决方案。我们的总部在德国，全球有50多个生产基地，员工近4万人。2021年总销售额为83亿欧元。
在中国，威派科技总部位于上海，生产电驱动相关产品的工厂位于天津。2019年，威派科技第三代电驱动系统投产，2021年成立面向亚洲提供电驱动R&D服务的天津新能源R&D中心。
比较新的产品是第四代800V油冷电传动，采用最新的碳化硅技术和八层扁线，实现了电机+电传动+减速器三合一，并配有充电和升压功能。这种电机不仅可以作为驱动单元，还可以代替PTC用于主动加热。
电驱动建筑的驱动因素及发展趋势
目前，电驱动架构正在向高电压演进，我们认为这一现象背后有几个驱动力:第一个是成本。如果能保持低成本，将推动电动汽车的全面普及，提高市场份额，这是一个永恒的话题。
二是行驶里程，这是电驱系统效率提升的背后。直接表现就是更小容量/体积的电池可以达到同样的续航里程，这也是降低成本的路径。
第三是功率密度，体积密度，重量密度。未来整个功率密度还有很大的提升空间。
最后，双碳的影响，企业在产品结构设计上要参考全生命周期减碳的角度。
总之，以上四个方面将是驱动电驱动架构演进的核心要素，那么电驱动架构将如何演进？我们认为会有三个阶段:
在完全分离的初期，各部分是分离的；目前整合阶段部分实现三大、小三整合；在未来的全面融合阶段，类似七合一、八合一的应用会更多。在这三个阶段的演变中，集成思想也将从机械和电路控制转向功能集成和软件集成...这是我们对整个趋势的预测。
DC升压充电及多功能电子箱的研制
基于这种趋势，威派科技也做了一些探索。这里主要介绍DC升压充电和多功能电子箱两种技术。
首先是高压充电。800V平台元年即将开启，但很多充电桩还是400V。如何实现400 V到800V的转换，我觉得一般会有三种解决方案。
首先是重置电池，把800V电池换成两个400V电池，充电桩还是用400 V，这个方案在欧洲比较流行。第二种是通过DC升压转换器提升电压。三是通过复用逆变器和电机电感实现升压充电，即DC升压逆变器。
考虑到成本和经验，我们认为DC升压逆变器是一个更合适的方法。
图片来源:微维科技
这三种解决方案各有利弊。重置电池相对复杂，切换过程中存在短时掉电的风险，因为在切割过程中需要完全切断电源。如果直接使用DC升压转换器，主要成本来自额外的零件，充电功率完全取决于升压转换器。
DC boost逆变器是一个比较理想的方案，相当于使用车内现有的电驱动系统，重复使用逆变器和电机，性价比最高。
图片来源:微维科技
下图显示了我们的拓扑图和模拟模型的关键参数。电机电感和互感取决于电机设计。主要影响参数是开关频率和母线电容，其他参数相对较小。右图可以看出，开关频率对DC升压电容的大小影响很大，充电桩要求电流纹波最大峰峰值不超过9A。
图片来源:微维科技
以下是实测数据。当充电功率大于40kW时，我们都可以达到95%以上的充电效率。最高充电功率可达峰值功率120kW，充电效率为97.3%，纹波电流小于3A。
图片来源:微维科技
第二个是多功能电子箱。这款产品的初衷是将行驶、充电、反向充电的功能集成在一个部件中。其核心是一个专用逆变器，每相由一个带四个开关的DC变换器、一个电感和一个电容组成，可以实现双向升压和降压，通过复用滤波、控制、冷却和外壳来降低成本和体积。
多功能电子箱可以通过中间电源连接单元连接到不同的用电或供电单元，实现交流充电、三相交流充电、高压充电、400V/800V、反向充电、电力驱动等多种功能。
图片来源:微维科技
该产品的优点是:对于充电，在高峰负荷情况下，车辆充电效率可提高1.5%；对于电力驱动，在WLTP条件下，绕组和传导损耗较小。由于输出电压近似为正弦波，大大降低了电机谐波损耗，提高了电机效率，总效率也会提高。然而，它也面临着安全挑战，如防止额外泄漏的安全保护措施。
图片来源:微维科技
威派技术在全生命周期碳减排中的探索
所谓全生命周期，就是原材料准备、生产、运输、使用、回收的全周期。威派科技所有工厂都采购了绿色电力，生产阶段产生的碳排放几乎为零。下一步的努力方向主要在原材料领域，我们将与供应商合作伙伴一起减少原材料准备阶段的碳排放。
我们对第四代EMR4电机做了全面的生命周期碳排放分析，发现电机实际贡献了50%的碳排放，其次是减速器，逆变器占碳排放的比例很小。总之，我们发现电驱动的制造材料碳排放的主要来源是机壳(铝)和电机转子(稀土)。要进一步减少碳排放，对于铝来说，只能利用可再生能源领域生产电解铝，提高回收率。对于稀土来说，少用或不用稀土就可以减少碳排放。
外励磁电机是一种不使用稀土，但性能与永磁电机相当的电机技术。通过我们的分析，相比永磁电机，外激电机需要额外的励磁电路，增加了逆变器的体积，从而增加了逆变器的碳排放，但由于没有使用稀土材料，减少了电机的碳排放。
总之，在其他条件相同的情况下，三合一整体计算，外激电机可以减少4%的碳排放。
图片来源:微维科技
最后做个总结，这次分享有两个重点:一是电驱动架构将走向集成化和高压化，从机械集成、电路集成，最终走向功能集成和复用。基于这一趋势，我们还探索了不同的技术，如高压DC充电逆变器和多功能电子箱。
第二，传统的观点是产品设计和生产要兼顾成本、性能和效率的铁三角，但现在我们应该增加第四个维度:全生命周期的碳排放，以帮助实现全球碳加倍的目标。
(以上内容来自威派科技中国科技与创新部总监王海波在2022年12月7-8日由Gaspar主办的第三届2022汽车电驱动及关键技术大会上发表的题为《800V关键电驱动技术》的主题演讲。)
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1900/1/1 0:00:00
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