电动汽车无线充电技术是谐振参数优化

2023年7月5日,上汽研发总院充电换电技术负责人王国康在盖世汽车主办的2023第三届汽车动力电池论坛上表示,上汽充电管家服务可以结合健康管家引导用户充电行为,帮助用户维护电池。

上汽充电关键技术坚持高可靠性、高效率、模块化、本地化。通过增加额外的升压DCDC和重用Inverter,上汽实现了与500V/750V相兼容的800V车辆充电高压结构;基于混合动力车型的重组,完成了第二代移动充电车辆的开发;电动汽车无线充电的关键技术包括谐振参数优化和辅助功能开发,以提高无线充电效率。

上汽研发总院:关键技术保障充换电的安全需求

王国康|上汽研发总院充电换电技术负责人

以下是演讲内容的整理:

从技术角度分析充电和换电产品

上汽新能源充电换电产品概述,下图左侧列出的内容包括直流、交流等,充电形式上的交流产品为3.3kw—11kw,我们还在海外布局了22kw的产品。基于800V的限制,直流产品最大可达300kw。

上汽研发总院:关键技术保障充换电的安全需求

图片来源:演讲嘉宾材料

随着电池技术和国家标准的更新,过度充电的功率将进一步增加。与此同时,作为去年中国乘用车独立品牌出口最多的公司,上汽在国家标准、欧洲标准和今年北美市场的销售方面都有我们的生产线。

在充电方面,从用户和技术的角度来看,它将为用户提供充电管家服务,如私人桩预订充电和场景智能充电,以确保用户在充电过程中不会立即充电。现在手机上也有类似的功能,比如早上6点或者8点上班,充电率是100%,电池长时间保持在高SOC下,可能会影响使用寿命,这些都是智能充电服务。为公共充电桩提供充电地图和车桩互联服务,并通过接入充电桩和平台为用户提供更多服务。

为用户提供智能充电和电池预加热功能,结合电池管理健康管家。在公共桩接入方面,上汽拥有4个自主研发品牌。飞凡品牌通过提供的APP接入了45多家运营商,接入了63万多个第三方公共桩。以前新能源车主手机里的充电APP会有痛点。现在车厂会为车主提供专用APP,可以扫描不同平台的充电桩上的代码。

充电技术路线坚持高可靠性、高效率、模块化、本地化的理念,高可靠性意味着充电、电池系统和电源交换设计应采用高可靠的路线。在高能效方面,不仅包括电池的功率密度,还包括集成和充电效率的提高。在模块化方面,充电环节是实施功率转换的过程。我们希望将这个功率级模块制成一个标准化和模块化的产品,以进一步提高其可靠性。

本地化也是确保供应链安全的基础。我们现在研究的两个技术点是:一是800V车辆充电高压架构;二是市场上典型的800V重叠架构。如果实现真正的800V,只有20%的充电桩可以充满电池。因此,有必要对车辆进行优化和设计,以确保各种充电桩都能充满。

下图是一个典型的兼容电压平台充电桩架构设计,左侧增加额外的升压DCDC,400V、500V和750V的桩通过DCDC转换传输到电池。重用Inverter车辆将有电动驱动,其中重用功率转换部分的电路,将400V桩升压并传输到电池中。该方案的切换逻辑复杂性和设计难度较大。

上汽研发总院:关键技术保障充换电的安全需求

图片来源:演讲嘉宾材料

无限充电技术和量产应用的难点

移动电车服务以前开发过第一代。经过升级,第二代已经推出,但两者之间没有太大区别。第一代是根据结构拓扑找到一辆混合动力汽车的发动机,通过模板和荧光层发电,然后通过快速充电接口为另一辆车充电。

第二代还包括原车电池,通过电池和Inverter的功率叠加实现了更大的充电功率。目前,第二代最大充电功率可达60kw。对于用户来说,车辆可以在5分钟内行驶到充电站。

上汽在前年年底的第一款车型上配备了无线充电产品和服务,即大规模生产。对于用户来说,由于没有公共设施,在充电过程中,如导航、仓库搜索等,都是为未来从公共角度铺平道路。在充电地图和有线充电传导方面,用户可以在手机上预约,然后扫描代码进行充电。

电动汽车无线充电技术是谐振参数优化。基于国家标准,目前可实现的比例和耦合系数较低。如果按照当前国家标准推荐的参数,则不能在各种工作条件下实现应用。因此,我们将根据当前的标准和行业实践来优化参数,以提高无线充电效率。

目前,无限充电产品的效率高于有线充电,但无限充电仍存在对准问题。在对准的情况下,无线充电的效率更高,因此无线充电的效率可以达到大规模生产和应用的程度。其应用困难包括成本和辅助功能的开发。首先,无线充电是通过电磁感应原理进行的。当电磁传输时,如果金属异物进入,它会迅速升温,造成更危险的后果。所以,对于这个系统来说,关键在于金属异物的检测。通过矩阵划分,发射板分为64个小格子,每个格子用于检测金属异物,以区分金属异物的大小,减少金属异物对系统的干扰。

二是小猫、小狗等活体检测。最后,根据国家标准,X方向为7.5cm,Y方向为10cm,分为±10厘米和±7.5厘米,如果不擅长停车,真的很难一次到位。因此,对于整车,需要进行偏移检测,以便为用户提供提示。

为了使地面和车载模块更准确,首先通过倒车图像和辅助线,让用户对停车位或自动驾驶有初步的了解,然后在倒车过程中,如果用户手动停车,我们可以提供透明的车身,除了360度环视位置,还可以看到底盘下的透明位置,最后是精细位置转移,更方便客户检查。

如何满足电池长寿命的需求?

目前,上汽已在全国各地铺设了十多个网站,并在行业内进行了持续的推广合作。为了促进更换,上汽已经进行了多年的研究。该方案的关键是通过统一的长度、宽度和规模限制,确保不同电池的功率能够更换到同一辆车。例如,对于跑车或乘用车,可以使用较薄的电池来提高高度的通过性,也可以通过增加高度来提高整体功率,以满足长寿命的需要。

目前,产品系统的主流推广统计了质量和变量。因此,换电产生收入的关键是用户在使用过程中不需要考虑电池衰竭,但前提是电池寿命比车身寿命长。上汽在换电安全保护方面有7个×24小时后台数据接口,防止热失控,一旦有内部热点,将全力启动车辆热管理系统,传导热量。

不同的芯组之间有隔断,芯损坏和加热,只会影响供应问题。为实现电源更换,关键接口技术采用螺栓复合电源更换机构。该结构的优点是扭矩距离小,螺栓拆卸时电荷长,不会脱落。

对车身平面度的要求较低,表明电气接口具有浮动装置和导向结构,可以保证吸收角度和xy偏移的公差,冷却接口也可以保证更换过程中泄漏较小。当车辆左侧更换旧电池时,右侧的新电池可以立即更换,以提高更换速度。

目前,我们正在建设一个平坦的基础,以避免车辆在金属更换过程中不受影响,车站交互采用WiFi协议,实现全自动无人值守。同时,自去年以来,上汽与中石油、中石化合资企业成立了一家公司,负责电池资产的节能管理,为电力更换服务和电力更换运营提供培训和技术输出。

能源供应微生态有两个方面:一是能源供应和储存微生态;二是用户能源供应微生态。在能源供应方面,我们的目标是使资源利用更加经济,同时利用光伏发电、储存、充电或储存设计等新能源。

我们呼吁储能和换电的所有标准协议都应尽可能兼容,这对后续储能、充电和更换的集成有很大的帮助。在电池回收方面,由于电池资产属于电池资产管理公司,用户不需要购买汽车电池,而是租赁电池资产的持有人。在换电站完成电池回收后,当用户发现统一的回收标准达到回收边界时,可以使用统一的回收标准。

未来,我们希望我们能为用户提供更多的价值。例如,电池银行不仅包括电池资产管理,还包括安全管理,因此我们也可以为用户提供更多的安全保障。

(以上内容来自上汽研发总院充电换电技术负责人王国康于2023年7月5日在盖世汽车主办的第三届汽车动力电池论坛上发表的《充电换电技术路线》主题演讲。)   

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