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一文了解现代IONIQ5的高压快充

汽车ECU开发 2021-12-27 08:28
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去年年底现代发布了电动全球模块化平台（Electric-Global Modular Platform  E-GMP），该平台专为BEV设计，具有模块化、标准化，满足各种车型平台需求，简化开发流程，降低开发成本等特性。为了解决补能焦虑，该平台采用了高压快充架构，可以达到18分钟充电80%，5分钟补电100公里。
今年基于E-GMP平台的首款车现代IONIQ ５量产了。这款车经过TopGear节目亲测并给予了极高评价，TopGear称它就是特斯拉的竞争对手。下面我们看看其技术细节。
IONIQ 5的主要技术亮点如下：
1、SOC从10%至80%，仅需18分钟;
2、800V高压架构；
3.后驱集成了将400V转换为800V的HV booster；
4、V2L功能，最大功率为3.6kW；

本文福利:分享报告《保时捷Taycan的800V高压系统报告》，公众号对话框回复【汽车ECU开发015】下载。

首先是其800V的高压架构。通常我们认为，从400V过度到800V通常有6种方案，如图1所示，包含从都部分高压部件采用800V部件，至高压部件均采用800V的几乎所有可能的架构可能性。

图1 400V过渡至800V的架构
IONIQ 5的800V高压架构如图2所示，基本上是一步到位，所有高压器件都升级至800V，其中前驱采用了当前主流的三合一驱动单元，功率为75kW，后驱采用了五合一，功率为155kW，如图3所示，所谓的五合一是将ICCU、OBD、DC/DC、DCU、永磁同步电机 、差减集成至一起。据悉驱动电机的定子采用的是Hair-Pin扁线结构，电机控制器的功率器件采用的是SiC，这样一来最高转速和系统效率都有一定的提升。最后为了兼容当前的400V的充电桩，后驱单元中设计有将400V转换为800V，这样也扩大快充的应用场景。
图2 IONIQ 5的800V高压架构

图3 左边为前驱总成，右边为后驱总成
在动力电池方面，有30个模组组成，每个模组由12个电芯组成，6s2p，电芯采用的是NMC 811对石墨的化学体系，电池包的内部结构其其参数如图4所示，电池包内的高压连接采用的是汇排流和高压线束构成，汇排流用于连接模组与高压器件，高压线束用于连接前端电机输出接口。图4下方为保时捷Taycan的内部结构，两者相比，Taycan的内部走线明显要整洁不少。
图4 上部为IONIQ 5的电池包 下方为保时捷Taycan的电池包
另外800V对动力电池来说，与400V没有太大区别，仅仅是电芯、模组的串并连的组合不同。
在动力电池的冷却方面，现代IONIQ 5采用的是大冷板方案，而保时捷Taycan采用的是口琴管方案，而且IONIQ 5的热传递通道通过导热胶直接与电池壳体下方的冷却板直连，理论上热阻更小，如图5所示。整车的热管理方案如图6所示。

图5 IONIQ 5与保时捷Taycan的电池包冷却方案

图6 左边为IONIQ 5整车热管理链路 右边为保时捷Taycan的整车热管理链路
上述对现代IONIQ 5的800V高压方案进行了梳理，并且与Taycan进行了对比，那现代IONIQ 5的高压快充系统的实际表现如何呢？一起来看看。
图7为其快充曲线，包括SOC、充电功率、电池的最低、最高温度等信息。初始状态为SOC为5% ，温度为25℃。在插入快充枪并完成握手后的1分钟内，最大充电功率达到200kW以上，最高为220kW(图7中标注1处)。当电池温度上升到43℃，SOC到50%时(从SOC为5%到50%，时间消耗不到10分钟)，充电功率出现了第一次的下降(图7中标注2处)，下降到180kW左右。当电池温度达到51℃后，充电功率将至26.5kW(图7中标注3处)。当SOC达到80%，充电功率降低至1.5kW，并且维持了3分钟左右，用于SOC校准。
最终到SOC充到100%，整个充电过程大约消耗55分钟，不得不说快充是真的快。

图7 现代IONIQ 5快充曲线
在与Taycan和Model Y进行充电测试对比时，测试结果如图8所示，从10%—80%SOC，三者的时间消耗分别为21分钟、29分钟、39分钟。在温升方面，IONIQ 5的电池最高温为50℃，Taycan为47℃，Model Y为56℃，由于Model Y采用的是400V大电流方案，这里只看IONIQ 5与Taycan。
按理说IONIQ 5的电池冷却的热阻更小，冷却效果应该更好，而设计Taycan比IONIQ 5要好，可能是因为Taycan采用的是轴向冷却，并且采用的是并联的冷却方式。
图8 充电对比测试
总结
在当前纯电车型续航里程的增加的边际效应开始降低，纯电车型的续航里程可以达到700km，甚至1000km。这种情况下，消费者的里程焦虑有明显的缓解。而充电焦虑慢慢的开始凸显。
从上述的充电时间来看，快充确实可以缓解充电焦虑。在解决充电速度上有两种方案，分别是换电和快充，由于换电面临盈利模式、标准统一等挑战。目前大部分车企更多的选择快充路线，在快充路线上，又分两种，一种是高压方案，将当前的400V系统提升至800V，也就是上述现代和保时捷的做法，另外一种是提大电流方案，大电流势必带来很高的发热，这对线束、部件、热管理、系统等都是巨大的挑战，当前主要是特斯拉的快充方案采用的是大电流方案。
目前大多数主机厂和供应商的快充方案采用的是高电压—800V方案，今年这些厂商也纷纷发布其800V高压快充技术(如图9所示)，来提升纯电车型的充电体验。来满足消费者对充电5分钟，续航200km的快速补能的需求。这也是动力电池的下一步的发展趋势。

图9 各主机厂布局800V
备注：
比亚迪：全新 e 平台 3.0 ，搭载 800V 高压充电技术，实现充电 5 分钟，续航 150 公里；
华为：计划今年落地15分钟以内从30%充到80%SOC方案，充电 15min 可实现 30%-80%SOC，两年以后上市7.5分钟的解决方案，2025年做到5分钟。
极氪：所使用的 SEA 浩瀚智能进化体验架构，可匹配 800V 电压平台，支持 360kW 超级快充；
岚图：布局 800V 高压快充，最高支持 350kW 的超级快充，充电 10 分钟行驶 400 公里；
极星：800V 正在规划中；
理想：纯电车型将采用800V架构，将充电时间缩短至10-15分钟；
广汽埃安：发布 880V 高电压平台，实现最大充电功率可能达到 480kW，实车搭载测试中，电量从 30% 充到 80% 只用了不到 5 分钟（4 分 50 秒）；

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