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比亚迪E平台3.0深度解读(1):什么是驱动复用升压充电?

蔚蓝星球
2021-09-13
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E平台3.0发布会后,相关文章和报道已有很多,但内容重复也很多,翻来覆去,拷贝粘贴。笔者看了很久,所有提到驱动复用升压充电技术点的都是一笔带过,不求甚解,所以本文就先挑这块硬骨头啃一啃。

比亚迪的独家秘技

如果拿ocean-X与Model 3对比,无论是前异步后永磁的四驱架构,还是碳化硅器件、宽域热泵温控系统,特斯拉都有,甚至在量产车中的应用还早于比亚迪。智能化这方面就更不用说了,大家心里都有数。至于刀片电池,如果只看材料属性,那么这两家如今都在应用磷酸铁锂,不好分出高下。

暂不论价格,技术层面的差异化竞争,目前肉眼可见只有“驱动复用,升压充电”是比亚迪的独门秘技,特斯拉的超级充电(Super Charge)笔者认为有很大局限。

升压充电的价值和深远意义

想要认识升压充电的价值,就必须先解释一下为何要升压充电?简单概括两点:

  • 现有快充网络的充电桩最高输出电压多数为500V。
  • 如果电池包电压高于500V,例如额定600V,想要给电池包充进电能,则需要将充电桩的500V电压在车内升高至600V之上。(人往高处走,电往低处流)

一定会有人抬杠,既然充电桩多数是500V规格,为何要用大于500V的电池包? 这是关于电动车是否有必要上800V平台的一个典型悖论:是应该先有800V级别的充电桩后再开发800V平台的电动车,还是先开发800V平台的电动车再等待800V级别充电网络逐步完善?

毋庸置疑,800V平台是电动车发展的方向,除特斯拉外,几乎所有其他新旧造车势力都在各自的新车PPT上描绘了800V平台的蓝图。然而,迄今,国内品牌除比亚迪外,还未见哪家有量产的高压平台产品上市。

这其中一个重要原因恐怕就是除比亚迪外,其他厂家没有合适的升压充电技术。例如某某和某某,都重点宣传过高压快充的卖点,但又都说目前快充网络多是500V充电桩,基础设施不OK。

如此看来,比亚迪升压快充的意义就非常重大了,因为这项技术解决了800V电动车与800V充电网络“先有鸡还是先有蛋”的悖论。800V平台的电动车可以与800V充电网络同步开发建设。 当下,800V平台电动车可以用500V电桩充电;未来,800V平台可以用800V电桩充电。什么都不耽误。

升压充电的重要意义不仅仅在于可以推进向800V平台的过渡与迁移,还有一点恐怕连比亚迪自己都没有意识到 就是这项技术可以推动VTOV(Vehicle to Vehicle)车对车快充补电的普及,这将有效降低电动车出行的里程焦虑,本文将在最后一部分详细阐述。

预备知识:升压与降压电路

写这篇文章最难的就是本节,想读懂全文就必须了解什么是升压电路与降压电路。因为很多读者恐怕连交流和直流的区分都还没有概念,所以想用区区几百字解释清楚这个知识点是一个极大的挑战。

首先说明: 下面介绍的是直流升压和降压电路 ,因为电池包的电压是直流电压,快充桩的电压也是直流电压,所以升压充电是指直流电压的变换。

为什么不用变压器?因为交流电才用变压器。

有两条基本的电学知识是最基础的出发点,相信各位在中学阶段都学过:

  • 电感元件的电流不能突变;
  • 电容元件的电压不能突变。

简而言之,基于电感和电容的基本特性,用半导体开关及二极管就可以搭出升压或降压电路。这两种电路的组成元器件是一样的,只不过排列位置不同。下图是笔者亲手绘制,为便于手机阅读,特地变形为竖版。( 希望各位转载搬运的朋友尊重版权,勿消水印 。)

E平台2.0时代的升压充电

其实,比亚迪很早就开始了升压充电技术的应用,笔者掌握的资料不一定全面,仅就常见量产车型而言,至少可以追溯到五年前的e5。e5长续航版的电池包电压为633.6V,如果使用500V充电桩,则必须升压充电。

比亚迪e5铭牌

这次E平台3.0的发布会上,廉总的演讲中提到了之前的解决方案,是使用独立的升压电路。从下面这张PPT上可以看出,独立的升压电路包括两个IGBT半导体开关(含续流二极管)和一个电感及电容,这些器件独立于电驱(或电控)三合一,分开安装。

那么问题来了,假设充电倍率为1C,即充电功率40kW左右,若升压电路的损耗为2.5%,则损耗发热量约1kW,相当于一个小电暖气,散热如何处理?!除了散热,那个额定电流至少75A的电感体积必定也不小,所需安装空间也会非常棘手。总之,独立升压电路的技术方案在工程设计上是一个噩梦!不知道那些e5的车主还好吗?

E平台3.0的升压充电

虽然汉EV也是E平台2.0时代的产品,但作为集大成的旗舰车型,汉EV使用了不同的方案。各位应该还记得汉EV推出时一个主打卖点就是升压充电,为何e5时代不宣传升压充电,到汉EV才开始宣传?笔者认为,之前的独立升压方案实在拿不出手,不够成熟,汉EV使用了“驱动复用升压充电”方案后,比亚迪才觉得可以放心在市场上推广了。

经过近1年、超11万辆汉EV的市场实证,现在这种升压充电方案经受住了考验,可以在E平台3.0上大规模普及了。

驱动复用升压充电原理分析

笔者在4个月前写过一篇《 比亚迪汉EV升压快充电路级原理分析。唐DM-i为何只能用700V快充? 》,其中有几幅图,本文再复用一下。

先看一下汉EV的电机控制主回路,如下图。 这里面有IGBT、二极管,有电感(电机定子绕组),有电容,独立升压电路也是这些元器件,为何不复用一下呢?反正充电时车是静止的,电驱系统又不工作

驱动复用的含义正是如此。比亚迪的充电回路设计的很巧妙,没有将充电桩直流输入的电源DC+和DC-直接接到电池包两根直流母线上,而是利用了IGBT逆变桥及电机定子绕组,搭出了一个Boost升压电路(见下图蓝色线路部分)。图中接触器断开时,这就是一个普通的电机驱动回路;接触器闭合时,这就是一个充电回路。 这种设计的好处是,三相IGBT、续流二极管和电机绕组都可以并联在一起使用,功率足够大(前电机163kW),并且不需要额外的散热回路和安装空间。

  • 接500V充电桩时 ,左半桥IGBT断续开闭,右半桥IGBT封锁,升压充电;
  • 接750V充电桩时 ,左右半桥IGBT都封锁,充电电压由充电桩控制。

至于500V充电桩与750V充电桩的切换控制条件,可以通过快充接口的CAN总线在充电握手阶段判断。

从廉总的PPT可以看出,笔者之前绘制的这张电路图与官方的图思路一致,只是在桩侧的接触器和电容位置有些差异。 图中绿线为电流走向,绿色虚线代表电流在此通路断续流过 。

升压充电技术的难度

说实话,笔者最初想明白比亚迪这个设计方案时,曾拍过大腿,心中怒赞真TM的巧妙啊!

比亚迪花了5年多的时间,从独立升压方案进化到驱动复用升压方案。如果有人问什么是一个传统新能源厂商的技术积累?这~就是技术的积累!难不难都写在岁月里。

假定现在思路都有了,其他厂家也追随这种设计,它们要迈过三道门槛:

  • 第一,要考虑专利保护;
  • 第二,思路变为产品的设计与测试要花时间,比亚迪用了5年多;
  • 第三,这是系统性设计,需要电池、电控、冷却等子系统全盘考虑,目前只有比亚迪这些系统部件都自己研发制造。

所以,其他厂家走这条路,难度很大 !很多厂家800V平台的产品迟迟落不了地,笔者认为这是一个重要原因。扯成本、扯产业链来打掩护,都扯远了。

驱动复用与VTOV充电

驱动复用的意义还有一个点从未有人谈起,我在4个月前那篇文章中卖了个关子,没有挑明细说。今天作一个详细阐述。

复用同一个电驱系统,只要改变控制方法,就可以搭出一个Buck降压电路。如下图所示,绿线代表电流走向,绿色虚线代表断续导通。这个降压电路可以让输出端输出任意小于电池包570V的直流电压。

当一台电动车可以输出任意直流电压时,它就成为了一个移动充电桩。车辆对外放电有两种模式:

  • VTOL(Vehicle TO Load),这就是普通的外放电功能,可以输出220V交流电。
  • VTOV(Vehicle TO Vehicle),这是车对车放电模式,可以输出受电车辆需要的直流电压。

汉EV的用户手册上对VTOV有如下描述:

很遗憾,目前比亚迪还未在汉EV上释放这个功能,并且使用这种功能需要特制的电缆 。但是,笔者认为这个功能一旦释放,将会产生巨大的社会效益。因为VTOV不仅仅限于比亚迪车系间的互相充电,比亚迪如果按照充电国标设计这个功能,则几乎所有品牌的电动车都可以通过VTOV充电。

各位可以回想一下,燃油车时代,谁为12V蓄电池亏电特别焦虑过吗?估计很少有,因为周围所有的车都可以为你搭电救援。那么如果你周围的电动车,或者具体点说周围的汉EV都可以为你搭电救援,并且充电功率是慢充的10倍,你的里程焦虑会不会减轻一些?

古有滴滴打车,未来也许会有迪迪充电。如果将其视为共享经济的新形态,难道不是一个好商机吗?

蔚来投巨资打造的移动充电车队,会成为历史。

总结

E平台3.0的驱动复用升压充电技术有两个重要价值:

  • 推进电动车向800V平台的过渡与迁移。
  • 让VTOV移动快充的普及成为可能,缓解里程焦虑,加快社会车辆电动化转型。

为比亚迪的工程师们鼓掌!

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相关评论共 18 条相关评论

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每次看你的文章都拍断大腿

蔚蓝星球: 哈哈哈,注意安全。

我不明白这是黑比亚迪的还是捧比亚迪的,竟然把多套电路适当冗余压缩成耦合复用的一套!!!!
把压缩成本的招数大白于天下
假如是不关乎生命安全的其他商品, 复用一套电路也就罢了
可这是汽车,随时随地生命安全第一位的
厂家这样偷偷做,省了料多赚客户钱也就罢了,
尔等消费者 忘我的吹捧,就是智商问题了


技术名字包装的再花哨,也只是dc-dc升压而已

flyingxf: 你说的简单,注册个专利来看看。

干货好文! 另外,想请教下BYD的这个方案跟去年现代推出的400V/800V多功能充电系统有什么区别

蔚蓝星球: 我在4月份上海车展看过现代这个技术的介绍,我认为和比亚迪的思路是一样的,二者都号称是世界首创。

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有意思。好像蔚来也没有加入描绘800V蓝图的队伍里?VTOV,我get到新知识了。

我也拍大腿

干货,学习了。

牛逼

技术讲解很细节,帮官方科普了。

不明觉厉,感觉还不错的亚子