Внедрение 800-вольтовой силовой установки представляет собой важный шаг вперед. Давайте рассмотрим проблемы проектирования и тестирования, связанные с 800-вольтовой силовой установкой для электромобилей.
Раскрытие потенциала систем на 800 В
Архитектура силовой установки на 800 В относится к электрической системе электромобиля (обычно это электрогрузовики и строительная техника), работающей при номинальном напряжении 800 вольт. Это значительное увеличение по сравнению с архитектурой силовой установки на 400 В, используемой в настоящее время в электромобилях с аккумуляторными батареями (BEV). Для зарядки таких автомобилей на общедоступных станциях быстрой зарядки постоянного тока (DCFC) требуется от 40 до 120 минут. Это время ограничено практическим размером кабеля, необходимого для передачи требуемого тока к аккумуляторной батарее. Электромобили на 800 В являются перспективной альтернативой для достижения сверхвысокой скорости зарядки в 350 или 400 киловатт.
Переход на электромобили с аккумуляторными батареями напряжением 800 вольт предлагает решение проблемы беспокойства по поводу запаса хода. Удвоение напряжения при сохранении того же тока фактически удваивает энергетическую мощность автомобиля. Благодаря возможности подзарядки автомобиля на 50% быстрее (другими словами, сокращению времени зарядки на 50%), это достижение значительно снижает опасения по поводу разрядки батареи во время длительных поездок.
Гистограмма, показывающая рост доли производства систем на 800 В в период с 2020 по 2030 год. Источник: Yole market research
Повышенная автономность электромобилей
В результате эти автомобили способны зарядиться от 5% до 80%, что эквивалентно примерно 320 км запаса хода, менее чем за 23 минуты. Это резко контрастирует с 40-120 минутами, обычно необходимыми для современных аккумуляторных систем на 400 В.
Кроме того, высокое напряжение позволяет передавать ту же мощность при меньшем токе, что дает возможность использовать кабели и разъемы меньшего диаметра в силовой установке, в результате чего электромобиль становится легче, а значит, и запас хода увеличивается при сопоставимом объеме аккумуляторной батареи.
К другим преимуществам перехода с 400 на 800 вольт относятся повышение общей эффективности и упрощение системы терморегулирования во всей подсистеме силового агрегата.
Согласно данным исследовательской компании Yole, ожидается, что к 2023 году автомобильная промышленность начнет внедрять системы на 800 В в качестве основного решения. Этот сдвиг обусловлен многочисленными преимуществами, упомянутыми ранее, особенно в сегменте автомобилей премиум-класса, где такие автопроизводители, как Audi, Porsche, Hyundai и Kia, лидируют в первоначальных усилиях по коммерциализации. Хотя в настоящее время лишь небольшое количество общественных станций быстрой зарядки постоянным током (DCFC) могут в полной мере использовать архитектуру 800 В, это число ежедневно растет, и, вероятно, в течение следующих пяти лет большинство общественных станций DCFC будут работать с мощностью 150 кВт и более.
Тепловые преимущества широкополосных устройств
Что касается аппаратных подходов, то акцент делается на использовании широкозонных полупроводников, таких как SiC и GaN. Этот выбор обусловлен их высокой скоростью переключения и термостойкостью. Эти компоненты эффективно работают при повышенных температурах, повышая эффективность и снижая суммарные гармонические искажения (THD). Расширенный диапазон рабочих температур широкозонных устройств также может упростить проектирование инверторов и минимизировать потребность в системах терморегулирования. В рамках нашего сотрудничества со стандартизирующими организациями, такими как JEDEC и IEC, мы уделяем особое внимание стандартам, связанным с анализом переключения и измерениями обратного восстановления диодов, которые имеют фундаментальное значение для характеристики характеристик широкозонных устройств.
Осциллографы играют решающую роль в проверке
Осциллографы играют решающую роль в проверке и диагностике проблем, возникающих в тяговых двигателях электромобилей и конструкциях инверторов. Они позволяют разработчикам достигать амбициозных целей по повышению эффективности. Однако важно понимать, что одного осциллографа может быть недостаточно для всех этих измерений.
Решения для измерения напряжения и программное обеспечение для анализа играют решающую роль. Оптически изолированные измерительные щупы помогают разработчикам проводить измерения в высоковольтных системах управления затвором
Компания Tektronix предлагает решение для широкополосного импульсного тестирования (DPT) или двойного импульсного тестирования для осциллографов серий MSO 4 B, MSO 5 B и MSO 6 B, что помогает инженерам получать точные и воспроизводимые измерения при работе с современными преобразователями мощности.
Специально разработанное программное обеспечение, такое как IMDA (Inverter Motor Drive Analysis) от Tektronix, дополняет эти возможности, позволяя проводить трехфазные измерения ШИМ и механических данных, что повышает общую полезность решения.
Для измерения правильных величин и частот в критических точках необходимы специализированные токовые и вольтметровые пробники. Осциллографы серий MSO 5 и 6 — отличное решение для инженеров, проектирующих силовые установки электромобилей, предлагающее большое количество каналов, программное обеспечение для анализа инверторов и универсальные варианты пробников.
Инженер использует осциллограф смешанных сигналов Tektronix Series 5 B для проведения испытаний силовых агрегатов электромобилей.
Автор: Денис Соломон, Tektronix
