為了實現更快充電速度,新能源汽車充電系統從400V逐步升級到800V,以縮短充電時間。高壓快充的引入提升電源組件和芯片的使用數量和要求。從新能源汽車的架構來看,車載電源組件涉及到車載充電器(OBC)、電池管理系統(BMS)、DC/DC轉換器等,下面將側重講述OBC和BMS在高壓擴充下的趨勢。
圖注:新能源汽車電源組件結構800V高壓平臺的升級方案新能源汽車升級到800V架構的方式包括整車升級800V電壓平臺、部分升級800V電壓平臺的技術過渡方案,細分為5種方案:(1)動力電池、充電系統和其他高壓模塊均采用400V架構,通過800V-400V DC/DC將800V直流電轉化為400V直流電,為動力電池充電。(2)充電系統800V,動力電池和其他高壓模塊采用400V架構。(3)動力電池和充電系統800V,其他高壓模塊采用400V架構。充電插座的800V直流電經800V充電系統直接為800V動力電池充電,動力電池輸出的800V直流電通過800V-400V DC/DC轉化為400V直流電,為其他高壓模塊供電。(4)動力電池、充電系統、電驅動系統800V,其他高壓模塊,如空調等采用400V架構。充電插座的800V直流電經800V充電系統直接為800V動力電池充電,動力電池輸出的800V直流電直接為800V驅動系統供電,或通過800V-400V DC/DC轉化為400V直流電,為空調等其他高壓模塊供電。(5)動力電池、充電系統和其他高壓模塊均采用800V架構。車載充電OBC向大功率、雙向化發展對于純電類型的新能源汽車,動力電池只能接收直流電,因此交流充電樁輸出的電流需要經車載充電OBC進行AC/DC整流轉換后,向動力電池充電。
芯查查資訊顯示,目前主流OBC功率為3.3/6.6/11/22kW,該參數決定慢充的速度。隨著慢速補能市場的進一步提升,以及高壓快充的普及,OBC逐漸向大功率化發展。另外,車載電力的雙向流動逐步受到市場認可,即汽車也可以向外界輸出電力,由此形成四種模式,即車輛到電網(V2G)、車輛到負載(V2L)、車輛到家庭(V2H)、車輛到車輛(V2V)。
圖注:新能源乘用車OBC供應商2022年前裝市場份額(來源:高工)
分布式電池管理的拓展性和安全性更佳電源管理系統BMS負責監視和調節電池的充電和放電狀態,通過啟用關鍵功能,電力分配變得更加智能。
不同OEM的BMS設計有所不同。集中式BMS拓撲結構將電壓和溫度采集模塊集成在一塊PCB板上,采集模塊和主控模塊的信息交互在PCB板上直接實現。
分布式BMS由一個主控板和多個從控板組成,從控負責對每一個電芯進行電壓檢測、溫度檢測等,主控負責接收數據,并進行電池系統的狀態評估、充放電管理、熱管理以及與整車的通信等。分布式BMS更符合新能源汽車高電壓充電的趨勢,因為其電池系統內部布局簡單、可拓展性強。
此外,分布式BMS還提供更高的精確度和安全性。每個電池模塊的獨立監測和管理能夠實時掌握其狀態和性能,更準確評估電池組的整體健康狀況。及時發現單個模塊的異常情況,采取相應措施,防止故障擴大或影響其他模塊正常工作,提高系統整體安全性。
在BMS廠商格局上,整車企業逐步重視自主研發BMS,將業務滲透到產業鏈上游,通過吸收人才、并購和戰略合作等方式,將BMS在內的動力電池系統納入業務版圖。
圖注:部分新能源汽車車型采用的BMS拓撲,預計電池容量和類型等對比
BMS內部包含許多類型元器件,例如模擬前端芯片(AFE)是BMS的一部分,負責收集電池芯的電壓和溫度。AFE芯片使用算法估計SOC和SOH等電池參數,將結果發送到控制芯片。為了提升新能源汽車的續航里程和充電效率,主流車企已經開始布局高壓平臺,更高充電電壓需要更多動力電池,從而提升對AFE的需求。
高技術壁壘,預計汽車認證的高要求、長周期是汽車電子行業的特點,為了獲得準確而全面的信息,可以在專業平臺進行查詢,包括AFE在內的車載電源組件和芯片、元器件的交叉選型、替代、價格等。
小 結作為新能源汽車的關鍵電源組件,OBC和BMS的設計架構和元器件選型都會受到高壓快充趨勢的影響。研發更高功率OBC以實現快速充電將成為重點,最終目標是進一步提高充電便利性和用戶體驗,使電動汽車的充電更加簡單和智能化。
BMS將注重電池管理的精確性和安全性。電池的能量密度和容量都在不斷提高,精準的電池狀態監測、智能化充放電控制以及故障診斷和防護功能的完善將是BMS重點發展方向。
審核編輯 黃宇
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