“充電5分鐘,續航200公里。”相信是絕大多數電動車主的補能夢,尤其是經歷過長假出游的車主更有體會。
在中國新能源汽車技術快速迭代,以及新能源汽車保有量邁過千萬規模,并仍以每月70萬輛速度高速擴充的當下,“補能”已成為限制汽車產業電氣化轉型的短板。
自今年初開始,廣汽埃安、小鵬汽車相繼宣布可以實現充電5分鐘,續航200公里,以此打破當下消費者對于電動汽車充電、續航的焦慮。而所涉及的技術,無一例外都與800V平臺相關。
值得注意的是,800V并非今日才有的產物,早在2019年保時捷Taycan便搭載800V高壓平臺,就此拉開汽車產業800V時代序幕,快于400V一倍的補能誘惑,讓高壓快充一度成為新能源汽車新潮流。
但顯然,同為“800V平臺”,高壓快充的極致體驗或伴隨小鵬G9的面世才真正得以實現,究其原因還需聚焦到一個看似不起眼,卻極為關鍵的汽車零部件——高壓電動壓縮機,更準確點說是由美的工業技術旗下威靈汽車部件提供的全球首款800V碳化硅(SiC) 12,000rpm高轉速電動壓縮機。
無可替代?高壓碳化硅電動壓縮機究竟為何
“12,000rpm的800V 碳化硅(SiC)電動壓縮機,它的最大價值在于可以幫助純電動車真正實現快充。”在蓋世汽車最新一期開展的“800V元年,顛覆了什么”云對話欄目中,B站U主@原來是翔翔啊如是介紹。
簡單理解,電動壓縮機是新能源汽車熱管理的“心臟”,為系統提供主動制冷與制熱的動力,其中最為關鍵的是在車輛補能過程中為動力電池保駕護航。
也因此,在整車平臺由400V升壓至800V過程中,除動力電池、驅動電機和電機控制器以及DC/DC轉換器、OBC車載充電機、高壓配電盒外,提升電動壓縮機的耐壓等級同樣至關重要。
但也由此不得不面臨相關元器件的重新開發、電池模組安全性的提升以及半導體器件線路的改變都將帶來一個又一個難點。
“現階段,基于技術難度、成本等多重考量,產業內大致出現三種不同技術路線來實現800V快充,分別是純800V平臺、800V平臺+DC/DC轉換器以及雙400V電池串并聯。”蓋世汽車研究院動力系統數據分析師夏立朋分析指出,“其中Taycan便受制于當時未有合適技術,不得不通過增加DC/DC將800V逆變,來匹配400V電動壓縮機使用”。
美的工業技術旗下威靈汽車部件先行研究高級工程師、汽車壓縮機研發平臺相關負責人指出,相較于純800V平臺,DC/DC+400V電動壓縮機解決方案較難滿足大功率快充情況下動力電池的制冷需求,且能量損耗較大,大大降低了800V高壓快充原本的極致補能體驗。
基于這一認知,威靈汽車部件推出了全球首款800V、碳化硅(SiC)、12,000rpm高轉速電動壓縮機,除率先上車小鵬G9外,更收獲諸多主流整車企業的認可。據介紹,這款產品大致可用“超高效、超轉速、超靜音、超可靠”等關鍵詞來概括其性能。
威靈電動車專用800V電動壓縮機;圖片來源:威靈汽車部件
具體來看,其采用了威靈汽車部件獨創交疊分塊電機專利技術,使功率密度提升10%;通過運用高強度鋁合金和行業首創的1維及3維聯合仿真技術,使整體重量再減少1kg,從而降低整體能耗。
同時,提升壓縮機轉速的解決方案代替市場中普遍使用的體積大、重量大的大排量壓縮機,率先從8000轉提升至12000轉,最大程度縮小了壓縮機體積和重量;并通過機械噪音改善、流體通道優化、軸系動平衡、電磁噪音優化及控制算法優化高轉速所帶來的噪音,使得相同工況下,噪音降低5-8dB,振動下降50%。
此外,為解決高壓、高轉速所帶來的開關損耗瓶頸,威靈汽車部件采用碳化硅(SiC)半導體應用技術,并攻克800V高載頻浮點算法平臺技術難題,在超高壓絕緣耐壓技術和交疊分塊電機技術的雙重加持下,可實現5倍絕緣耐壓達到4.3kV,并擁有400%絕緣安全冗余度。
值得關注的是,威靈汽車部件將美的工業技術在家電壓縮機領域對于“變頻”技術的掌握應用到了汽車上,使得電動壓縮機轉速可在420rpm - 12,000rpm范圍內自由切換,以滿足高壓充電、日常行車時對于壓縮機制冷的差異化需求,最大程度降低能耗。據了解,除以上外,三角循環制熱技術,獨特的渦旋壓縮結構設計、繞線方式,以及動靜渦盤的制造精度等,都是影響產品性能的核心要素,這些技術均由威靈汽車部件自研,且擁有非常龐大且完整的技術專利體系。
強勢入局,以核心技術引領電動車發展新潮流
與動力、底盤等核心部件相比,空調壓縮機或許是一個并不起眼的汽車部件。但伴隨汽車電氣化轉型,汽車熱管理的定位由單純提供舒適的座艙溫度外,成為駕乘安全與舒適性的重要保證,作為直接驅動電動汽車空調系統的電動壓縮機變得極為關鍵。
其相對較高的技術壁壘也決定了電動壓縮機市場格局高度集中。據Marklines數據顯示,全球汽車空調壓縮機中,豐田自動織機、翰昂、華域三電、奧特佳等占據70%市場份額,國內市場,華域三電與奧特佳占據份額近七成,頭部效應明顯。
就在諸多產業玩家還執著于400V電動壓縮機技術時,美的工業技術以800V、碳化硅(SiC) 12,000rpm電動壓縮機入局新能源汽車熱管理,強勢且信心十足。
“電動壓縮機‘跨界’并沒有新勢力造車來的‘顛覆’,從工業的角度來看,其本質是一致的,不同點在于汽車電動壓縮機強調的是與客戶的協同開發能力,需要對于整車架構足夠理解并提供快速響應的服務。”美的工業技術相關負責人表示。
作為美的集團五大業務板塊之一,美的工業技術每年有超過1億臺壓縮機投放市場,在家用空調領域,美的壓縮機獨占全球50%以上的市場份額。且早在五年前美的工業技術就已展開家電空調壓縮機15,000rpm產品的開發,遠早于整個汽車制造業。
基于超前的研發布局以及對于電動壓縮機技術的深度鉆研,除前文提及的全球首款800V 碳化硅(SiC) 12,000rpm電動壓縮機外,威靈汽車部件還推出了一款采用基于800V平臺的以CO2作為冷媒的新型電動壓縮機,成為近50年來工業壓縮機領域的一次技術突破。
據介紹,該技術解決行業低溫制熱、車內多場景制冷制熱的高效協同,極大地緩解新能源車冬日續航里程大幅降低的痛點。即使在零下35℃至零下40℃低溫環境下,自熱能量依然強勁,相同低溫環境下,續航里程可提升20%。而且,CO2制冷劑相較于傳統制冷劑不僅來源更廣,成本相對較低,且現有產業鏈布局已逐漸成熟。僅以美的工業技術來看,到今年12月份其基本可以完成搭建100萬臺CO2轉子式電動壓縮機的生產能力。
瞄準新能源車核心部件賽道,做產業的賦能者
事實上,威靈汽車部件入局汽車產業遠不止于汽車熱管理。
近年來,在經過十余年政策引導、扶持與培育下,我國新能源汽車保有量突破1,000萬輛,占據全球新能源市場半壁江山,且目前仍以每月70萬輛增速快速攀升。
但不可否認的是,與終端市場高漲需求相悖的是汽車產業鏈正陷入重重困境。“缺芯”“少電”“原材料漲價”等共性難題之外,我國新能源汽車產業對更高安全、更高性能、更高性價比、更低能耗等優質產品的需求日益高漲,加大核心技術攻關、打造自主可控供應鏈成為我國汽車產業面向未來的首要工作。
聚焦美的集團,作為白色家電領域的龍頭企業,其之所以成功,離不開對產業發展的深刻理解,對核心零部件的高度自研和對產業鏈的全面把控。正源于此,在面對同為大型制造業的汽車產業陷入轉型困局時,美的集團于2011年便啟動汽車零部件相關開發,致力于通過自身核心底層技術優勢對新能源車制造的細分弱勢環節進行延伸,從而補齊中國在新能源車供應鏈上的短板。
如今,依托美的工業技術積累的5,500多項機電共性專利技術為基礎進行延展與創新,威靈汽車部件已經圍繞“熱管理、電驅動和底盤執行系統”進行布局,生產包括驅動電機、電動壓縮機、EPS電機、電子水泵、電子油泵在內的多款產品。
在研發與生產方面,威靈汽車部件現已布局五大研發基地,建有430余人的專業研發團隊,其中碩博高端人才比例超過八成,能夠實現3~5個月內與整車企業客戶同步研發、量產的研發實力;生產基地包括合肥及即將投產的安慶工廠的產業化布局,最大限度能夠保障產品的交付。
安慶威靈新基地鳥瞰效果圖;圖片來源:安慶威靈
伴隨威靈汽車部件核心產品的逐漸落地,其汽車零部件產品在今年上半年獲得多個知名車企的定點合作項目。而為滿足日益走高的市場需求,威靈汽車部件正持續極大產業化投入規模。今年2月,美的工業技術投資110億元于安徽省安慶市投建新能源汽車零部件安慶制造基地,與此同時,合肥制造基地產能也在持續提升。
當前,我國新能源汽車市場仍在高速增長,可無論是在歐陽明高院士還是諸多行業專家看來,留給本土企業發展的窗口期正日益收窄。“未來2年或是本土整車企業品牌向上的最佳窗口期,而800V便是各車企打造差異化優勢的關鍵技術之一。”夏立朋分析指出,按照各車企的規劃,隨小鵬G9開啟國內800V商業化落地元年,2023年-2024年迎來新車密集投放,至2030年左右,800V平臺架構有望成為中高端車型的主導技術。
現階段,800V高壓碳化硅(SiC)平臺車型量產的新窗口期下,不只是美的集團,越來越多的家電、互聯網、房地產等領域龍頭企業正加速涌入汽車產業,新一輪跨界“造車”熱潮襲來。
值得肯定的是,與其他企業不同,美的集團所追求的不是“造整車”,而是依靠美的工業技術在壓縮機、電機等核心零部件領域龐大的技術儲備和豐富的產業化經驗,并將之平移至汽車產業,為客戶提供最需要、最缺乏的產品與服務。如今,威靈汽車部件已完成從零部件向組件迭代,并成功打入多家主流車企供應鏈體系,未來還將朝著集成系統積極探索,為成為新能源車核心部件頭部供應商做準備。
來源:蓋世汽車
作者:鐘琳
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