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電動汽車高壓配電箱(PDU)技術、市場及主流企業剖析
发布时间:2018-07-18 07:22:35 浏览次数:4033次

電動汽車高壓配電箱(PDU),又稱爲高壓配電盒,是高壓系統分配單元。電動汽車具有高電壓和大電流的特點,通常配備300V以上的高壓系統,工作電流可達200A以上,可能危及人身安全和高壓零部件的使用安全性。

因此,在設計和規劃高壓動力系統時,不僅要充分滿足整車動力驅動要求外,還要確保汽車運行安全、駕乘人員安全和汽車運行環境安全。

通常,與動力電池相關的高壓元器件,如各回路的接觸器及保險絲等集成在動力電池包內。

動力電池作爲電動汽車的能量存儲裝置,受整車尺寸及布置的影響,可用空間非常有限。同時,需要保證動力電池系統維修的便利性,減少拆卸動力電池包的次數,高壓箱應運而生。

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工作原理

電動汽車高壓箱(PDU)的功能是保障整車系統動力電能的傳輸,是動力電池與各高壓設備的電源和信號傳遞的橋梁。並隨時檢測整個高壓系統的絕緣故障、斷路故障、接地故障及高壓故障等。

在電動汽車上,與高壓配電盒相連接的高壓部件包括:動力電池、電機控制器、變頻器、逆變電源、電動空調、電動除霜、充電座等。

圖表1 典型純電動汽車整車工作原理圖

圖表2 純電動汽車高壓系統原理圖

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設計原則及結構

一般來講,高壓配電箱的設計原則爲:器件布置緊湊、體積小,易于拆卸和裝配。由于箱體空間較小,電流較大,因此設計注重散熱布置,避免溫度聚焦升高導致潛在安全隱患。

從整車空間、整車架構的複雜度及成本考慮,業界廣泛采用集中式高壓電氣系統架構配電。高壓動力電源直接進入高壓配電盒後根據系統的需要分配到系統高壓電氣産品,對如何保證整個高壓系統及其各個電器設備的安全性、系統絕緣、電磁幹擾及屏蔽、密封及耐振動等具有很高的要求。

在電動汽車未大規模普及前,高壓配電箱設計及技術還存在諸多改進的地方。市面上存在的高壓配電盒大都沿用工業高壓配電箱的設計理念,其安全性、可靠性和耐久性都滿足不了汽車的要求。

例如,對于大功率的容性負載像馬達驅動器和電壓轉換電器(DC/DC),都需要進行預充電處理及狀態監控。傳統的電氣線路很難做到有效的監控,極易造成高壓開關零件的損壞(如端子粘連等)。

業界往往采用電氣參數相對較高的産品解決這個問題,但在體積及成本上並不盡人意。

目前,國內外實力較強的企業開始開發智能高壓配電箱,一般采用鑄鋁外殼和接插件,防護等級達到IP67具有電流、電壓采集功能具有高壓連接監控和絕緣監控功能具有高壓安全管理功能具有高壓配電管理功能,具備預充電功能。

未來高壓配電箱將朝體積小、輕量化、智能化方向發展。

03

主要部件

電動汽車高壓配電盒裏面有銅牌、斷路器、空開、接觸器、軟啓、變頻器、變壓器、接觸器、高壓繼電器、熔斷器、浪湧保護器、互感器、電流表、電壓表、轉換開關等。(各類元器件市場及企業分析詳見一覽衆咨詢發布的《2017-2022年中國新能源汽車核心零部件行業投資前景報告》)

1、高壓繼電器

新能源汽车主电路电压一般都大于 200V,远高于传统汽车的 12-48V,新能源汽车除需要传统汽车所需的低电压继电器以外,还需配备特殊的高压直流继电器。每台新能源汽车需配备 5-8 只高压直流继电器——2 个主继电器、1 个预充电器、2 个急速充电器、2 个普通充电继电器和 1 个高压系统辅助机器继电器。

電動汽車中電路屬于高壓直流,一般繼電器無法滿足要求,目前應用最多的是真空型和充氣型繼電器

真空是理想的絕緣。由于高壓電弧産生于絕緣介質的電離,而真空本身是沒有介質,所以是觸點間有很好的隔離。完全的真空狀態只是理想狀態,實際會殘留一些雜氧,雜氧在有電弧情況下和銅電極生成氧化銅,接觸電阻增大,繼電器有失效風險。

目前主要是應用充氣型繼電器,充氣型繼電器主要滅弧解決方案爲氫氣和氮氣。充純氫氣,加偏轉磁鐵輔助滅弧,相比抽真空及充氮氣滅弧效果要好,氫氣的絕緣性能好,難以電離。

圖表3 高壓直流繼電器滅弧氣體類型比較

相比傳統繼電器,新能源汽車用高壓直流繼電器技術含量高,生産工藝複雜,從全球市場格局來看,高壓直流繼電器品牌集中度高。

該領域産品生産研發主要集中于國外企業,中國市場也由跨國任你躁国语自产占據主導,主要企業有泰科、松下、歐姆龍、博世等。

近年來國內品牌也開始應用于新能源汽車,宏發、松川、國立、三友聯衆、航天電器、甯波福特等企業均有産品問世,其中宏發是國內優勢品牌,位居國內企業榜首。

另外國內如比亞迪等新能源車企也自己研發生産繼電器。

2、高壓連接器

據一覽衆咨詢統計,就全球連接器市場而言,市場集中度較高,基本被美國、日本、台灣等國家地區所占據,全球前十大連機器産商占比超過60%,泰科一家占比就超20%以上。

相对而言中国产商主要定位于中低端产品,本土前十厂商中国市场份额仅 18%,行业集中度较国外市场存在较大的差距。

未來隨著新能源汽車、通信、軍工等的迅速發展,中國廠商未來存在較大的進口替代空間,部分領域(如新能源汽車連接器)甚至有望彎道超車。

在國內市場方面,我國連接器制造廠商有1000多家,其中外商投資企業約有300家,本土企業約有700多家。主要集中在長三角和珠三角地區。中國連接器市場發展不平衡,大多企業規模較小,産品種類單一,新産品開發滯後,同質化競爭嚴重,導致了市場競爭激烈,且生産廠家毛利率呈現下降趨勢。

電動汽車汽車連接器不同于傳統工業及傳統汽車用連接器,傳統的連接器設備難以滿足其大電流、高電壓的要求,所以連接器廠商也都在布局針對新能源汽車的大功率連接産品。在高壓連接器領域,國際企業的産品優勢明顯,但近幾年國內的中高端産品也形成了一定的産業基礎,逐漸掌握了先進的工藝技術,初步形成了較強的競爭優勢。

目前國內能批量供貨的高壓連接器廠商有:中航光電、永貴電器、巴斯巴、江蘇瑞可達等爲數不多的企業,近年來,二線企業也開始成長起來。單從銷售規模來看,國內市場方面中國逐漸企業也逐漸崛起。(詳細分析見一覽衆咨詢出版的《2017-2022年中國新能源汽車高壓連接器市場及企業調研報告》

3、高壓97国产偷拍理论影院

高壓97国产偷拍理论影院是電動汽車裏面的連接器和線纜在整個車運行當中非常關鍵的連接件,影響高壓97国产偷拍理论影院的隱患主要有是過熱或燃燒,以及惡劣環境對97国产偷拍理论影院的應還有屏蔽性能、進水進塵的風險等。不同于傳統汽車12V97国产偷拍理论影院,高壓97国产偷拍理论影院還需要考慮與整車電氣系統的磁兼容性。

在實際使用中,電動汽車受到的電磁幹擾是傳統內燃機汽車的近百倍。電動汽車的高壓97国产偷拍理论影院是高效的電磁幹擾發射天線和接收天線,是導致電動汽車出現電磁兼容故障及輻射幹擾超過法規要求的最重要原因。

高壓97国产偷拍理论影院生産的磁幹擾會影響到汽車信號線路中數據傳輸的完整性和准確性,嚴重時會影響到整車的操控和安全性。所以,在高壓97国产偷拍理论影院外邊常常采用注膠、包裹屏蔽線等方式來減少對整車的磁幹擾。歐盟還對汽車97国产偷拍理论影院中含有的鉛、汞、镉等6中物質的含量進行了規定,要求必須通過RoHS認證。

我国在电压高压线束方面一直都没有统一的标准,以前实行的GB/T25085、 GB/T25087《道路车辆用60-600V低压电缆》脱胎于IS06722,对于额定电压60-600V的单芯或多芯电缆做了规定和要求,但是对于新能源汽车使用的600V以上的高压线缆,则一直存在标准的缺失和空白。

2016年8月,工信部批准发布了汽车行业标准QC/T 1037-2016《道路车辆用高压电缆》,并于2016年9月1日正式实施。该标准规定了额定电压 AC 1000 V/DC 1500 V 及以下道路车辆用高压电缆的要求、试验方法、检验规则、包装和标记。

上世紀80年代,日本的矢崎和住友便開始爲日本汽車企業開發專用的高壓97国产偷拍理论影院,到了20世紀90年代,美國的德爾福開始爲通用開發高壓97国产偷拍理论影院産品,韓國的LS爲LG提供高壓97国产偷拍理论影院産品。

從技術方面,日本和美國的高壓97国产偷拍理论影院已形成了體系,並在實際使用中得到驗證和持續的改善,技術領先國內企業20-30年。(詳細分析見一覽衆咨詢出版的《2017-2022年中國新能源汽車高壓97国产偷拍理论影院市場及企業調研報告》

4、熔斷器

熔斷器有交流和直流用途之分,交流應用于工業配電系統。車載的锂電池、儲能電容、電動機、變流器和電控線路均屬直流系統,都需要直流類型的熔斷器做短路保護,才能保證安全可靠的正常運行和超強能力的短路開斷效果。

電動汽車高壓配電盒中,輸出端主要連接汽車輔助電源系統,在配電盒內部一般情況下會包括電加熱風機支路,空調壓縮機支路,DC/DC支路及充電機支路。

這4個支路上,每個支路都需要安裝線路保護熔斷器,目的是在各負載發生短路時能夠及時切斷電源保護線路,避免車輛火災發生。

熔斷器以體積小、抗震好、價格低的綜合優點,得到了廣泛認可和大量使用,成爲國內外公認的擔當電動汽車短路保護的主要元器件。

根據目前電動汽車行業使用的熔斷器,大多數車型的系統最大電壓一般爲700VDC以下,也有少數車型的會略高于此電壓,所以用于電池保護的熔斷器可分爲500VDC和700VDC兩種爲主,電流等級多以200A~400A。(詳細分析見一覽衆咨詢出版的《2017-2022年中國新能源汽車熔斷器市場及企業調研報告》

04

小 结

高壓配電箱主要核心元器件屬于高壓部件,技術含量要求高,國外企業有較強的競爭優勢,部分國內企業通過采購國外元器件進行組裝。國內外大型高壓配電箱企業均能提供60%以上的核心零部件。

高壓配電箱的規模及標准一般由車企主導,高壓配電箱及元器件企業根據車企的需求開發生産。但是目前國內電動汽車高壓配電箱很多沿用工業高壓配電箱的設計理念,同時相關標准缺乏,企業各自爲陣,産品種類繁多,質量參差不齊。

隨著新能源汽車市場的逐漸成熟,對相關技術的要求也越來越高,未來幾年,技術競爭將成爲PDU行業主要推廣因素。

《2017-2022年新能源汽車高壓配電箱(PDU)市場及企業調研報告》

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