为了实现更快充电速度,新能源汽车充电系统从400v逐步升级到800v,以缩短充电时间。高压快充的引入提升电源组件和芯片的使用数量和要求。从新能源汽车的架构来看,车载电源组件涉及到车载充电器(obc)、电池管理系统(bms)、dc/dc转换器等,下面将侧重讲述obc和bms在高压扩充下的趋势。
图注:新能源汽车电源组件结构800v高压平台的升级方案新能源汽车升级到800v架构的方式包括整车升级800v电压平台、部分升级800v电压平台的技术过渡方案,细分为5种方案:(1)动力电池、充电系统和其他高压模块均采用400v架构,通过800v-400v dc/dc将800v直流电转化为400v直流电,为动力电池充电。(2)充电系统800v,动力电池和其他高压模块采用400v架构。(3)动力电池和充电系统800v,其他高压模块采用400v架构。充电插座的800v直流电经800v充电系统直接为800v动力电池充电,动力电池输出的800v直流电通过800v-400v dc/dc转化为400v直流电,为其他高压模块供电。(4)动力电池、充电系统、电驱动系统800v,其他高压模块,如空调等采用400v架构。充电插座的800v直流电经800v充电系统直接为800v动力电池充电,动力电池输出的800v直流电直接为800v驱动系统供电,或通过800v-400v dc/dc转化为400v直流电,为空调等其他高压模块供电。(5)动力电池、充电系统和其他高压模块均采用800v架构。车载充电obc向大功率、双向化发展对于纯电类型的新能源汽车,动力电池只能接收直流电,因此交流充电桩输出的电流需要经车载充电obc进行ac/dc整流转换后,向动力电池充电。
芯查查资讯显示,目前主流obc功率为3.3/6.6/11/22kw,该参数决定慢充的速度。随着慢速补能市场的进一步提升,以及高压快充的普及,obc逐渐向大功率化发展。另外,车载电力的双向流动逐步受到市场认可,即汽车也可以向外界输出电力,由此形成四种模式,即车辆到电网(v2g)、车辆到负载(v2l)、车辆到家庭(v2h)、车辆到车辆(v2v)。
图注:新能源乘用车obc供应商2022年前装市场份额(来源:高工)
分布式电池管理的拓展性和安全性更佳电源管理系统bms负责监视和调节电池的充电和放电状态,通过启用关键功能,电力分配变得更加智能。
不同oem的bms设计有所不同。集中式bms拓扑结构将电压和温度采集模块集成在一块pcb板上,采集模块和主控模块的信息交互在pcb板上直接实现。
分布式bms由一个主控板和多个从控板组成,从控负责对每一个电芯进行电压检测、温度检测等,主控负责接收数据,并进行电池系统的状态评估、充放电管理、热管理以及与整车的通信等。分布式bms更符合新能源汽车高电压充电的趋势,因为其电池系统内部布局简单、可拓展性强。
此外,分布式bms还提供更高的精确度和安全性。每个电池模块的独立监测和管理能够实时掌握其状态和性能,更准确评估电池组的整体健康状况。及时发现单个模块的异常情况,采取相应措施,防止故障扩大或影响其他模块正常工作,提高系统整体安全性。
在bms厂商格局上,整车企业逐步重视自主研发bms,将业务渗透到产业链上游,通过吸收人才、并购和战略合作等方式,将bms在内的动力电池系统纳入业务版图。
图注:部分新能源汽车车型采用的bms拓扑,预计电池容量和类型等对比
bms内部包含许多类型元器件,例如模拟前端芯片(afe)是bms的一部分,负责收集电池芯的电压和温度。afe芯片使用算法估计soc和soh等电池参数,将结果发送到控制芯片。为了提升新能源汽车的续航里程和充电效率,主流车企已经开始布局高压平台,更高充电电压需要更多动力电池,从而提升对afe的需求。
高技术壁垒,预计汽车认证的高要求、长周期是汽车电子行业的特点,为了获得准确而全面的信息,可以在专业平台进行查询,包括afe在内的车载电源组件和芯片、元器件的交叉选型、替代、价格等。
小 结作为新能源汽车的关键电源组件,obc和bms的设计架构和元器件选型都会受到高压快充趋势的影响。研发更高功率obc以实现快速充电将成为重点,最终目标是进一步提高充电便利性和用户体验,使电动汽车的充电更加简单和智能化。
bms将注重电池管理的精确性和安全性。电池的能量密度和容量都在不断提高,精准的电池状态监测、智能化充放电控制以及故障诊断和防护功能的完善将是bms重点发展方向。
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