逆变器热管理系统

畅巡车型的三电系统可靠性分析

       新冠肺炎疫情爆发之后，被困狭小的居室内接近3周，平时不曾过多关注的路上风景，现在却令我感受到了久违的新鲜气息。值得庆幸的是作为有车一族的我可以自驾上班，远离公共交通，避免交叉感染，一辆爱车给复工的我带来了全方位的保护。

       可以说，在抗疫期间，一辆车子可以为自己、为家人带来除口罩之外的双重安全保护。

       提到安全保护，作为汽车行业业内人士，相比传统燃油车，新能源电动汽车的安全表现也是我的重点关注对象。电动化狂潮下，2020年，合资大厂品牌、国内自主品牌、外资品牌也会按照战略规划，相继推出自己的旗舰新能源车型。

       电动车在面向市场之前，与传统燃油车一样，会经历繁复、严苛的安全测试和认证。大众、通用、本田、丰田都在深耕电动车方向，其中电动车的安全性更是重中之重。

       利益相关，作为业内人士，接触通用系的项目最多。说起来，通用在中国推纯电动车也就是近十几年才开始发展起来，其实早在一个世纪之前，通用汽车就已经开始探索电气化的未来之路，可以说是电动车鼻祖之一。

       据悉，2020年2月底通用即将上市“雪佛兰雪佛兰畅巡”车型。定位纯电城际轿跑的雪佛兰畅巡，融合了上汽通用汽车母公司双方在新能源及车联网技术方面的优势资源，区别于传统驱动技术，动力采用智能三电系统，即高性能电驱动系统、3x3电控系统、三元锂电池系统构成。三种系统有效配合，驾乘者体验到前所未有的驾驶感，更告别能耗负担，成为环保先行者。

       那么，通用的工程师们又是运用这些三电黑科技保证每一位乘客的安全呢？

       作为业内人士，通过各路渠道拿到了一部分内部消息，在这里划重点：雪佛兰畅巡的三电系统，严格按照高于功能安全的系统安全要求开发，电池组全新配备智能水循环温度管理系统，电池包满足远超国标要求的的极限安全检验，并配以3重物理防护结构设计，全面满足整车安全性。

       总结下来就是：行业领先的电池管理系统以及高完全、高可靠的动力电池包。

       1、什么是三电？三电是电动车的核心系统

       简单一句话概括：动力电池、电驱系统、电控系统。

       听起来很简单，理解起来也不难。姑且先在这里给大家简单科普下三电知识。

       1.1动力电

       目前，汽车动力电池基本上由以下5个系统组成：动力电池模块、结构系统、电气系统、热管理系统、BMS电池管理系统（电控）

       对照人体，模块就是动力电池的“心脏”，负责储存和释放能量，为汽车提供动力。锂电池模组是由几颗到数百颗电池芯经由并联及串联所组成的多个模组，除了机构设计部分，再加上电池管理系统和热管理系统就可组成一个较完整的锂电池包系统。

       目前主流使用的动力电池模块有以下几类：

       钴酸锂18650电池：生产技术成熟，电池能量密度高，接近同级别磷酸铁锂电池的两倍，但是高温状态下的稳定性较其他电池差，易发生电池着火。代表车型TeslaModels

       硫酸磷铁电池：是车用锂电池中安全性和稳定性最高的，在极端情况下，最大限度保证车上乘客不会因为电池爆炸或二次着火受到伤害。代表车型比亚迪秦、唐。

       三元锂电池：安全性以及能量密度介于磷酸铁锂电池和钴酸锂18650电池之间，各方面相对均衡，低温时电池更加稳定。代表车型比亚迪混动宋、元，北汽EV200、EV260以及特斯拉Model3

       镍氢电池：寿命长，充放电次数多，无需保养维修，可长时间内维持相对较好的性能指标的优点，但是体积大，能量密度小。代表车型丰田Prius、福特Escape、雪佛兰Malibu，本田CivicHybrid。

       结构系统

       主要由电池包上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是电池包的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。

       电气系统电气系统

       主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池包的“大动脉血管”，将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作电池包的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。

       热管理系统

       主要有4类：风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例，热管理系统主要由冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池包装了一个空调。电池充放电的过程实际上就是化学反应的过程，化学反应会释放大量的热量，电池需要热管理系统将热量带走，让电池处于一个合理的工作温度范围内，以提高电池的寿命和可靠性。

       BMS电池管理系统

       BMS可视作电池包的“大脑”，主要由CMU和BMU组成。电池管理系统能及时检测调整电池的工作状态，保证电池的工作安全，以达到增加续航里程，延长使用寿命的目的。

       CMU单体监控单元，负责测量电池的电压、电流和温度等参数，同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后，将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给BMU。

       BMU电池管理单元。负责评估CMU传送的数据，如果数据异常，则对电池进行保护，发出降低电流的要求，或者切断充放电通路，以避免电池超出许可的使用条件，同时还对电池的电量、温度进行管理。根据先前设计的控制策略，判断需要警示的参数和状态，并且将警示发给整车控制器，最终传达给驾驶人员。

       以特斯拉为例，特斯拉拥有全球领先电池管理技术，ModelS共使用了7104块18650电池，每74节并联为一个电池包，每6个电池包串联为1块电池组，16块电池组再串联排布，整体组成特斯拉的动力电池。BMS对每级实时监控，为每一个电池单元进行及时的冷却，降低彼此的温差，以防自燃。然而特斯拉能做到对每一个电池单元的监控，却无法解决电池包被冲击力极端破坏下产生燃烧爆炸的情况，这也就是今年美国两起特斯拉汽车二次着火的原因。

       1.2电驱系统

       电驱系统则主要由三部分构成：传动机构、电机、逆变器。

       传动机构

       目前国内外电动车的传动机构都是单机减速，即没有离合、没有变速。未来各电动车企业将会在传动机构上增加复杂性，同时降低对电机、电机变阻器的需求，即提高性能，降低成本。

       电机

       新能源汽车采用的电机主要有两种：永磁同步电机、异步电机。永磁电机，顾名思义就是带磁芯的电机。永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。

       永磁同步电机的转子作为永磁体本身产生固定方向的磁场，定子旋转磁场“拖动”转子磁场（转子）转动，因此转子的速度一定等于定子的同步速，所以叫做“同步电机”。永磁同步电机的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速可被控制。

       它与异步电机最大的不同在于转子独特的结构，在于转子上放有高质量的永磁体磁极。异步电机和永磁电机结构类似，只是没有磁芯，在没有通电的时候是没有磁场的，所以，只有通过大量耗电才能产生磁场。它最高转速能达到15000转/分钟，是高速电机，高转速产生大功率。

       异步电机相比永磁同步电机成本较低，过载能力强，结构简单，制作方便，可靠性好，但是体积庞大，能耗较大，同等电池组容量和同等车况下，采用同步电机的汽车要比采用异步电机的汽车续航里程更多。比如特斯拉ModelSP85D，整车质量超过2．1吨，就是因为异步电机的电池利用效率低体积大，所以必须多装电池。

       永磁同步电机，虽然造价比异步电机稍高，但是结构紧凑，体积小，具有较高的功率密度。有限的电池容量下可实现最佳的续航里程。雪佛兰雪佛兰畅巡正式使用了永磁同步电机

       逆变器

       逆变器是把直流电转变成交流电的设备，若一台电动汽车的逆变器能支持较高电压，则相应的电压充电流较大，功率较大，这意味着同样电流进行充电，充电功率可以等比例放大，即充电时间会缩短。若提高逆变器的支持电压，则相应的充电时逆变器产生的热量会变多，那么就需要解决逆变器中IGBT模块的散热问题，这是提高充电效率的关键问题。

       1.3电控系统

       电控系统是连接电机与电池的神经中枢，主要是对整车进行动态监控，及时反馈调整各项技术参数。可分为电机控制系统和BMS两大类，其中BMS详见上部分。

       电机控制系统作为汽车动力的指挥官，它的核心则是IGBT元件（InsulatedGateBipolarTransis，绝缘栅双极型晶体管芯片）。新能源汽车的动力电池提供的是直流电，而驱动电机所需要的则是三相交流电，这中间就需要电机控制系统来工作，将直流电转换为交流电，而完成转变的关键元件就是IGBT。

       由于篇幅限制，本篇将主要介绍雪佛兰畅巡的动力电池包的产品亮点，电机及电驱技术后续将继续展开。

       2、全新智能水循环温度管理系统

       雪佛兰畅巡410版上搭配的三元锂电池组采用了6系铝挤出托盘，1并96串电芯的结构，电池容量52.5kWh，523三元锂配方（镍钴锰），电池系统能量密度140Wh/kg

       锂离子电池的性能、寿命和安全性对温度非常敏感，可以说温度是影响锂离子电池工作性能最为突出的一个因素。锂离子电池温度范围应保持在25℃～40℃之间，单体电池之间温度差应小于5℃。如果电池在充放电过程中产生的热量没有得到适当的释放，由于热量的积聚，电池的温度会升高，极大程度上降低电池工作效率。锂离子电池每升高1℃，电池能力消退0.2%，当温度超过极限工作温度时，还会加速锂离子电池的老化。

       此外，有统计数据表明电动汽车起火事件的原因中，行驶过程中的电池自燃占比22%，停置时电池自燃占比16%，正常充电过程中起火占比14%，加起来共52%的比例。

       电动汽车起火事件起因近五年整体分布图

       也就是说，电动汽车起火事故最主要的三大起因是电池的自燃、充电和汽车碰撞。而这些起因所对应的内部机理是电池的内部短路、外部短路与过充电等故障及其进一步引发的热失控。

       电池热失控诱因总结

       热失控的触发诱因复杂，普遍认为引发电池热失控的主要故障形式概括为四类，即：内部短路、外部短路、过充电与过放电。这些故障均会引发电池温度骤升，随着电池温度的升高电池内部会发生连锁的放热反应。

       而当电池温度达到80～120℃时，覆盖在电池负极表面的SEI膜发生分解，随后负极活性物质失去保护，嵌入负极的锂金属与电解液发生反应。温度继续上升会引发电池多孔隔膜闭孔，隔膜闭孔会阻断外部短路的电流回路，起到一定的自保护作用，但如果温度继续上升，隔膜会在190℃左右解体，引发内部短路，释放大量的电能使温度迅速升高，进而引发正极分解与电解质分解反应，正极分解会释放大量的热量，将会电池包过热融化自燃起火！

       热失控触发机理

       在这里划重点：以上全部总结下来，控制好电池温度热管理，是打造出一辆安全的新能源电动车的必要条件！

       值得庆幸的是，通用将自主研发的行业领先的全新电池组智能水循环温度管理系统应用到了雪佛兰畅巡上面，打造出了一辆真正省心安全的好车。

       全新电池组智能水循环温度管理系统

       液冷及电池加热技术，通过智能水温控制来稳定电池电芯保持在高效稳定的工作区间：在极寒环境中，系统驱动加热器对电池冷却液进行加热，提升充电效率；在高温环境中，通过冷却水循环使电芯温度维持在更适的工作区间（30℃-40℃，不主动沟通），进一步增强了车辆的环境适应性。

       通过制冷剂侧的压力传感器采集制冷系统蒸发压力，配合电池冷却液温度传感器进行双重温度校验。通过制冷、制热模块和水泵的双重精确控制，实现电池温度精准监控。

       独立的电池温度管理模块：通过智能温控算法，实时精准的进行能耗分配，始终满足电池温控需求的同时，实现乘车舱的舒适度控制。

       另外，有研究表明，电池内部温度与实际环境温度之间的温度差，以及电池组内部各单体电池之间的温度差等原因都会对电池的性能、寿命和安全产生不利的影响。所以，单体电池的内部构造、摆放位置、冷却条件等因素，导致电池组在产生热量、传递热量、散失热量时无法满足整个电池组的温度范围稳定、热量均匀分布

       而雪佛兰畅巡的电池组中电芯之间采用了航天级纳米温控材料气凝胶，通过纳米微孔有效锁止并控制温度，对单体电池期间的温度差控制以及温度隔离起到了极大的辅助。且模组与模组之间铺设了防火毯，有效的提升了阻燃能力，以进一步保证电池本身的稳定性，为防止热失控提供“硬件”基础。

       电池包按照通用全球标准订制：在电芯配方、规格、封装、防护等方面均达到行业最高标准，并且电芯之间布置航天级气凝胶、模组间和壳体内则布置高性能复合隔热材料，覆盖电芯级、模组级和壳体级的三重防护措施，有效提升了隔热与阻燃性能，提升电池包的一致性与安全性

       电芯之间布置航天级气凝胶

       整套智能水循环温度管理系统加航天级纳米温控材料气凝胶的应用同时改善了充电速度，使直流快充10分钟，即可行驶100KM（限定工况：25℃+4%SOC起充，新电池）。

       3、电池包更安全、更可

       我们同时还可以发现，电动汽车起火事件的原因中，碰撞后短路起火的占比14%，这一部分也是普通消费者相比于传统燃油车对新能源电动车安全的最大关注点。

       即：新能源电动车碰撞后的电池安全性能如何，电池会不会因为受到挤压变形爆炸自燃！

       碰撞后起火14%

       答案当然是否定的！

       动力电池在设计之初设计就考虑了碰撞、着火、防水、极端温度等极限情况，以应对突发情况的发生。

       来自知乎用户@法哥请进

       以方形电池制造基本流程为例子。每一阶段都经历设计、测试、验证方面的极限安全考量。为了在发生碰撞或拖底时，电池受到外力挤压能及时排出内部产生的气体和压力，方形电芯设计了防爆阀。同样的为了，碰撞时通过内、外部共同疏导，在极端情况时保护车辆和电池的安全，电池底壳也在设计时专门留有一定的溃缩量。

       那么雪佛兰畅巡的电池安全表现呢？通用的工程师又是如何保证电池安全的呢？

       我国动力电池有6项国家标准：GB/T31484-2015。6项国标从机械安全、环境安全、电安全三个维度对电池单体、电池模块以及电池包/系统进行测试，并给出相关判定标准。且国标测试的难度也异常苛刻：在极端温度测试时，国标要求电动车电池在零下20度到零上50度，接近70度的剧烈变化下还能正常稳定的发挥作用。在挤压和针刺考验中，要求电池受到10吨重的外力挤压，还能幸免于难；由1根近1厘米粗的钢针从几何中心穿过，电池处于短路状态，还不能爆炸，不起火。

       针刺测试

       挤压测试，挤压力100KN

       相比于国标，通用及其配件厂商对电池测试要求更加严苛，种类和难度都远超国标。通用在雪佛兰雪佛兰畅巡上对锂电池组进行了13类极限安全检验：穿刺（超出国标的模组级热扩散试验）、挤压、浸泡、火烧、过充、过放、短路等7重极限安全检验、过温、碰撞、振动、温度冲击、湿热冲击、盐雾，达到IP67级别。

       以火烧检验为例子，国标要求电池火烧130秒无爆炸，在雪佛兰畅巡搭配的动力电池包上，这个标准被提高到了火烧130秒还能正常工作、火烧1个小时无爆炸危险。

       火烧测试

       值得一提的是，通用在整车级别创新增加铁轨、跌落和高于法规要求的横向柱碰实验，确保日常使用的安全性和稳定性。

       此外，雪佛兰畅巡的电池包上采用了3重物理防护结构设计。因为相较于传统车辆，纯电动汽车前端吸能空间减少，大刚度、大质量电池的安装位置与传统发动机安装位置有较大差异，同时，电动汽车不同于传统燃油车的特殊部件也对其碰撞安全性能提出了更高的要求。

       所以，雪佛兰畅巡在车架上增加了高强度和超高强度钢打造的下防撞梁（高强钢）、双框架结构设计（超高强钢）和横向多条贯穿式梁结构设计（超高强钢），为高压电池包提供充足的保护，从而避免碰撞中高压电池包受到碰撞、挤压。相较于传统5星燃油车，多了前面两条横向贯穿式梁和电池包周边的防护梁，全方位满足安全要求。

       尾言：

       电池安全是新能源电动车安全的重要指标，只有通过最高标准设计、测试、制造的电池，才称得上安全的豪车。

       尤其针对三电系统来说，高标准的设计-制造-检验-验收，在纯电汽车产品上更为重要。在树立消费者信心的关键阶段，太多企业的半成品在使用过程中发生意外事故，留存了许多隐患。这就是整体流程体系不成熟布下的种子，甚至会对整个市场造成影响。

       而对于通用雪佛兰这样具备完整成熟体系的品牌，虽然在国产化电动车产品的路上走的稍显慢了一些，但依我看来在核心技术上是有能力做到万无一失的。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

电动汽车如何“抛弃”PTC？特斯拉做得最绝

       前两天有时间仔细查了一下ModelY的信息，目前看下来100米的线束肯定是做不到了，但是在热泵和PTC上的使用上，还是非常有特点的。目前看下来，特斯拉在热管理系统上面，出现了之前驱动系统、充电系统方面相似的协调性，通过调度整车的客舱加热/散热需求、电池的加热/散热需求和驱动系统的散热需求，充分利用了空调压缩机和电机/逆变器的特性，达到了省掉水热式PTC和高压电热式PTC的效果。

       第一部分热泵系统的限制

       目前所有的新能源车空调系统中主要包含制冷功能和加热功能，制冷基本都采用电动压缩制冷方式，制热方案主要包括PTC（液体/空气）和热泵系统。热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，把蒸发器和冷凝器功能互相对换，改变热量转移方向。热泵系统的类型主要有直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统等。低温的使用限制一个是室外换热器结霜，另外是COP制热能效比是和环境温度强相关的（空调将制冷/热循环中产生的制冷/热量与制冷/热所消耗的功率之比）。行业内的方向是制冷剂的改变和辅助的措施，如下图所示。

       图1现有电动汽车空调系统的热泵+PTC的组合

       第二部分特斯拉的做法

       特斯拉在设计中取消了高压的PTC（水热的在Model3上取消），在ModelY上配置了一个低压的PTC集成在空调系统鼓风机里面。而车辆热泵系统包括压缩机，机舱冷凝器，机舱蒸发器，机舱鼓风机和冷却器，并且把电池系统、功率电子PCS+驱动系统和整车的系统回路整合在一起。

       整个物理结构如下图所示：

       图2特斯拉ModelY的做法

       如下图所示，特斯拉把12VPTC也作为热泵系统补充的一个拼图，从成本和产热的功率角度，把PTC完全作为了绿叶。

       图3ModelY的热泵系统

       在这套系统里面，我很惊讶于特斯拉设置的工作模式，这是根据外部的参数进行设定的，整体是比较复杂的，如下图所示，特斯拉划分了12种工作模式：

       表1整车热管理系统的工作模式

       不过核心的划分依据是环境温度和电池的温度，如下图所示：

       ●COP=1：热泵系统不工作的，主要是在环境温度很低的时候（-20℃），这里就采用特殊的方式，按照之前处理办法，把驱动系统的做法堵转方式，把压缩机的控制算法改了，把一个电机作为加热器来使用。（Thecontrolelectronicsmaycontrolthecompressortooperateinalossymodeinwhichthecompressorgeneratesheat）

       ●COP=1~2：温度范围在-10℃~10℃之间，会启动混合模式，这时候热量自12VPTC，然后一部分自热泵

       ●COP>>1：这是热泵高效区，这时候热泵系统是最主要的加热方式

       图4热泵COP的划分，还有不同的模式设置

       实际上这12种模式，是车辆进行自己操作的，主要的输入参数包括车主所需要行驶的目的地和路线、环境（温度）、天气（湿度）、车辆的内部参数（包含电池SOC、Soh、热管理的运行参数）等等，这里面是一个很精致的过程，可能在实验验证环境会有不同工作模式和需求的界定及划分。实际做出来可能不止这么多，或者进行一定程度的简化，这个做法也只有在上层控制器里面用高算力算完，然后把命令逐个分发下去。

       图5热泵的工作模式1

       图6热泵的工作模式2

       而之前电机余热发热的模式，在以上的具体模式中其实也是存在的，就是把压缩机的用法也同样做了迁移，进入了高损耗模式。我觉得，特斯拉这样打透部件的用法，真的是把零部件商逼到了角落里面，你只要有硬件设计和制造的knowhow就可以了，具体怎么用，你别管，我来。按照基本的质保和寿命条款来走，后续处理根据软件的做法来调节。

       图7在几种模式下，压缩机变身为加热器

       小结：

       我觉得从好几个方面，特斯拉改变了软件和硬件的关系，改变了车企和供应商的关系，改变了车企内部不同的系统设计的协同的概念，而这种新的组织方式是短期内传统车企很难跟上的。

       作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。

       图｜朱玉龙网络及相关截图

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

华为光储，强弩之末与初生牛犊

        “我们现在账上还有几十亿现金存着，是安圣给我们的。” 任正非回忆起那次寒冬时说道。

        2000年，急剧膨胀的互联网让电信业变得疯狂。“光通信狂人”罗世杰所在的北电网络在当年仅靠卖网络设备就撑起了300亿美元的销售额。

        但随之而来的互联网泡沫破裂，电信业过度投资建设带来的苦果是整体供大于求，直到2003年美国的光纤利用率只有10%，运营商由此背上了沉重的包袱。北电网络的股价更是从最高时的124美元下跌到了不足2美元，从此一蹶不振。

        彼时，远在东方的华为虽然还未受到波及，但任正非敏锐地嗅到了大洋彼岸传来的血腥气，“这一场网络设备供应的冬天，也会像它热得人们不理解一样，冷得出奇。谁有棉衣，谁就能存活下来。”

        在任正非看来，不涉及核心业务，又具有较高价值，华为的这件“棉衣”非华为电气莫属。

        于是乎，任正非毫不犹疑地将华为电气更名为深圳市安圣电气有限公司，将其从华为的事业部转变为一个独立核算的公司，并于2001年10月与艾默生电气签署并购协议，拿到60亿元的“过冬钱”。

        果不其然，到了2002年，华为作为上游设备供应商，订单受到影响，利润较上一年缩水58%，但穿上“棉衣”的华为挺了过来。

        只是对于能源业务的损失似乎一直是任正非心里过不去的坎。2008年，随着与艾默生的竞业限制结束，华为重回电气市场，将光伏作为能源部分的战略方向，并且随着国内光伏产业的第一波东风以及华为在价格、渠道、品牌方面的优势，迅速在逆变器领域做到了全球第一。

        但在光伏行业逐渐进入平价时代，且行业加速内卷的当下，即便是华为，也该为曾经的“小棉袄”加一层棉花了。

        2013年，当华为以一个“野蛮人”的姿态杀入光伏行业时，震惊四座。

        随着国内组串式逆变器市场升温以及华为在国内的品牌影响力，仅仅两年后，华为光伏逆变器设备出货量跃居全球第一并保持至今。

        如果单纯从财务角度分析，逆变器是一个很好的赛道，横向对比光伏其他细分赛道，逆变器毛利率、ROE、周转率更高，同时市场规模不大，很难受到资本巨头的冲击，属于优质赛道。

        并且在这个赛道中也出现过ABB、施耐德、通用电气、艾默生等世界500强企业，但这些巨头目前却不约而同选择放弃了这一市场。

        究其原因，也与逆变器赛道市场规模太小脱不开关系。 据BNEF（彭博新能源金融）消息，预计2025年光伏逆变器出货量将达到327GW，市场空间达到663亿。

        也就是说，即便做到行业头部，这块业务能够为公司贡献的收入可能也不足巨头们总营收的1%。 而当下正值华为的至暗时刻，2022年1月4日，华为轮值董事长郭平在致辞中透露，预计2021年，华为实现销售收入6340亿元，同比下降了约28.88%。

        在这种情况下，华为想要靠逆变器业务来稳住营收基本不太可能。并且更要命的是，华为目前还面临随时被替代的风险。

        因为在逆变器行业中，各家企业间的技术壁垒并不高，在转换效率上，几乎所有企业的产品最高都能超过98%，差别不大，核心竞争力还是体现在价格、品牌和渠道之上。

        由于逆变器的成本在整个光伏系统中占比仅在8%-10%左右，但如果出现故障则会导致系统大面积瘫痪，因此客户会倾向于选择行业应用经验丰富、市场口碑良好的头部品牌。并且客户接受某一品牌后，会倾向于建立长久、稳定的合作关系，忠诚度较高。

        对于华为来说，这看似只有利好。但在近些年，国内市场被中国企业瓜分殆尽后，海外市场已经成为主要的市场增量，并且海外市场有着更高的利润空间。2020年，阳光电源、锦浪 科技 、固德威、上能电气四家主要逆变器上市公司的海外毛利率均显著高于国内，固德威海外毛利率甚至高出国内31.6%之多。

        只是在国产逆变器厂商纷纷出海“吃肉”的情况下，华为却由于非市场的原因“吃了瘪”。

        2018年华为开始遭遇美国政府打压，2019年开始逐渐削减在美太阳能业务，虽然当年华为逆变器全球市场份额还在22%，保持第一，但第二年华为市场份额仅提升1%，反而千年榜眼的阳光电源从2019年的13%上升到了2020年的19%。显然，在华为遭遇场外因素压制愈演愈烈的情况下，逆变器业务已经增长乏力。

        更为致命的是，在全球第三大光伏装机国印度，华为也遇到了问题。 2021年2月1日，印度财政部部长Nirmala Sitharaman在提交2021-2022年国家预算时表示，印度政府将太阳能逆变器关税从5％调高到20％，且立即生效。

        对于在印度没有工厂的华为来说，政策的影响也很明显。根据MERCOM报道，2021年H1印度市场的逆变器出货量排名前三分别是：阳光电源、上能电气、特变电工。而这三家的市场份额之和达到56%，超过了印度逆变器市场的一半。要知道在这之前华为已经连续多年位居榜首，如今却不见踪影。

        海外的不顺，极可能让华为在2021年丢掉逆变器全球第一的宝座，短期内如何稳住是个问题。

        而在未来，逆变器也将进入技术迭代的时代。 微型逆变器（MLPE）算得上是光伏逆变器下一次迭代的方向，提早布局的企业已经享受到了迭代带来的高利润。

        微型逆变器市场龙头Enphase 2020年营业收入7.74亿美元，毛利率高达44.68%。禾迈股份和昱能 科技 微型逆变器毛利率分别为42.00%和38.45%，这一水平明显高于以国内市场为主的光伏逆变器厂商。

        微型逆变器与组串式逆变器相比，可以实现组件级MPPT（最大功率点跟踪），带来5%-30的发电增益，但缺点就是成本过高，不过随着渗透率不断提升，微型逆变器的成本也将不断下降。

        目前欧美已经成为微型逆变器的主要出货区域，有机构预测，未来微型逆变器市场占比将不断提升，2025年全球微逆市场规模将达到212.13亿元。

        而资本市场对微型逆变器的期待更是直接拉满。 抛开纳斯达克中已经出现的SolarEdge和Enphase两支十倍股不谈，前不久国内刚上市的禾迈股份预计发行价为55.8元/股，然而其最终发行价攀升至557.8元/股，上市后市盈率也直接飙升至150倍以上，是当下逆变器上市龙头企业阳光电源的两倍之多。

        毫无疑问，随着分布式光伏发展提速，安全性更高、利润更高的的微型逆变器将成为逆变器企业发力的重点，这个即将到来的风口，华为必须如任正非所说，“扑上去、撕开它。”否则就会掉下来。

        当然，光伏逆变器显然不能满足华为在能源领域的野心。自全球限能限电的举措被普及之后，华为开始进军储能领域，为能源业务开辟第二增长曲线。

        “哈利法塔又为华为点亮了，这次是祝贺其斩获全球最大储能项目。”王鹏显得有些激动，“这可能是我从业十几年遇到的最兴奋的一件事，当然，结婚除外。”

        可以看出，作为此前安圣系的员工，王鹏对华为有着别样的感情。从2008年重新开展能源业务进入光伏逆变器领域，到如今进入储能行业，华为在能源领域的动作总是牵动着王鹏。

        事实上，王鹏很早就料到华为会进军储能，只是没想到一切来得如此之快。因为储能与光伏天生就不可分割，没有哪家能做到只发电不存电，也没有哪家能保证发出来的电都能完美分配下去。简单来讲，储能是光伏发展后的必然延伸，华为进入储能领域也只是早晚问题。

        不过，对于华为进入储能领域，王鹏也表达了自己的担忧。“盯上这块蛋糕的不只有华为一家企业，华为面临的挑战还很多，尤其是要直面特斯拉。”

        在B2B领域，马斯克的Powerpack早已占据一席之地，甚至二代产品Megapack在2019年第四季度就开始部署3MWh的项目，根据特斯拉财报表示，到2023年其订单将以数GWh的规模迅速增加；在C端，Powerwall更是完成超过25万台的安装，并且挤压了上万个订单。

        并且与特斯拉相比，华为储能产品的整体性并不强。 据报道，今年3月起华为将在日本销售用于可再生能源储存的大型电池系统，而其采购渠道为包括宁德时代在内的电池制造商。华为将小型电池组组合为集装箱大小的单位后出售给日本境内客户。

        也就是说，华为本质上是提供储能电池组合解决方案，而反观特斯拉的Megapack，是将所有配套的逆变器、电池模组、热管理系统、电力电子元件等高度整合，甚至光伏发电设备也可以采用自家的，这也使其在能量密度、安全性、易安装等方面会有很大优势。

        “一个所有主要零件都是一家的，一个是采购的，显然前者整体性更高，兼容性也更好。”王鹏如是说。

        不过即便是这样，在安全性上也会存在问题。 2021年4月，北京丰台区储能电站发生火灾事故；2021年7月，采用特斯拉Megapack系统的澳大利亚最大储能项目发生火灾，这些都是前车之鉴。

        因为电池在制造或者是使用过程当中，包括绝缘、异常电流、异常过热引发的短路、漏液等等一系列的问题，都会存在隐患。以及电池风险的可靠性、对环境适应的能力、对整个储能系统、管理性系统的逻辑管理能力，还有硬件故障等均可能导致整个系统失效，引发一些安全风险。

        以史为镜，虽然华为拥有强大的技术支撑，但要知道特斯拉这种对储能系统的重视和投入都不容小觑的企业都发生了事故，所以从这个角度看，作为储能行业“新玩家”的华为，想要完全解决安全性的问题，可能还需坚持不懈、长期奋斗。

        1996年，任正非对掌管华为电源事业部的李玉琢说，“要在三年内将莫贝克做成国内电源行业的第一。”当时李玉琢连国内电源老大是谁都不知道，对技术和市场更是一无所知，但还是硬着头皮答应了。

        没想到两个月后，任正非改口称，“莫贝克要做亚洲第一。”李玉琢纳闷了，“不是国内第一吗？”，随后任正非一句“我说过这样的话吗？”李玉琢被迫接下这个挑战。

        2021年深秋，77岁的任正非出现在华为军团组建成立大会上说道，“没有退路就是胜利之路。”语气神态恍如当年“逼迫”莫贝克长大。

        在美国的打压和技术封锁下，现在的华为确实已经没有退路， 任正非灵敏的嗅觉已经帮助华为选好了方向，煤矿军团、智慧公路军团、海关和港口军团、智能光伏军团和数据中心能源军团五大军团成了未来的中流砥柱。

        或许30年后，华为会如任正非所说，“任何人都不敢再欺负我们”，但在当下，这个故事才刚刚开始。

        *文中王鹏为化名。

新能源汽车电控系统的作用是什么

       太平洋汽车网新能源汽车电控系统的主要作用是控制电机输出扭矩，使车辆行驶，整个电控系统与燃油车的发动机和发动机控制器相当。控制器的能量来源于高压电池组（高压直流，一般300-400v），电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和IGBT等，对不同电机采用不同的控制算法，将直流电转换成交流电，然后输出给电机，再使电机产生扭矩。

       满格电新能源汽修2021-10-2517：32关注电控系统，如单纯指电机控制器，其主要作用是控制电机输出扭矩，使车辆行驶，整个电控系统与燃油车的发动机和发动机控制器相当。

       控制器的能量来源于高压电池组（高压直流，一般300-400v），电机控制器内部通过控制芯片、驱动电路和IGBT等，对不同电机采用不同的控制算法，将直流电转换成交流电，然后输出给电机，再使电机产生扭矩。

       系统框图如下：IGBT的作用是什么？

       IGBT主要用于能量转换和传输，广泛应用于新能源汽车、智能电网、航空航天和通讯等领域。

       IGBT的全名为：绝缘栅双极晶体管，是一种在新能源汽车上应用极为广泛的半导体。半导体是什么？良好的金属的导电性叫做导体、塑料、陶瓷、木材的导电性差，称为绝缘体。在导体和绝缘体之间，半导体是导电性能。

       IGBT是一种由控制电路控制、是否导电的半导体。例如控制电路指示为通，那么IGBT就是导体，电流通过，如果控制电路指示为断，则IGBT就是绝缘体，电流断开。IGBT可以很容易地将输入的直流电流转换为交流电，只需通过脉宽调制即可转换为频率。充电桩从电网中接出的电流是标准的220伏交流电，而特斯拉电动汽车的电池充电则要求用直流电充电，这就要求IGBT将交流电变成直流电，并把电压提高到电动车需要的400伏的电压上，才能给7000节18650电池充电。IGBT的性能直接决定了电动车的充电效率和充电速度。

       IGBT导通时，可承受数十至数百安培的电流，而断开时，可承受数百至数千伏的电压，而IGBT在大电流电压下，也可有极高的开关速度，每秒可达一万次。所以IGBT的好与坏，就直接决定了电动车的加速速度，最高速度是多少，电耗高低，能不能秒级起跑，能不能平滑变速，能不能稳定地停车，性能全靠IGBT。

       IGBT是能量转换和传输的核心器件，其它电动汽车如高铁也大量使用IGBT，一辆高速铁路上要用近200个IGBT芯片，IGBT很贵，一块进口三菱的IGBT芯片IGBT很贵，IGBT控制芯片价值15万左右。用大约150块IGBT芯片的特斯拉Model3上，除了电池之外，这也是最昂贵的部件，占总成本的20%以上。

       IGBT市场基本上被国外的英飞凌、三菱等公司垄断，中国有自主知识产权，做的比较好的是比亚迪。

       （图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

保时捷Taycan深度解析（一）：800V高压电气系统的一些细节

       之前看到保时捷给售后做的一系列关于Taycan的各个部分的介绍，这里面有一些很有意思的地方。根据拿到的材料，我想分几个部分来介绍这些细节。而这些材料我读了很多遍，觉得德国工程师做电动汽车的思路是非常有特点的，当然保时捷并不差钱，所以后续和奥迪合作的PPE在成本结构上面也会逐步往下走，需要给他们一些时间。

       备注：我认为特斯拉的最大价值其实是沿着迭代的套路，把动力总成、EE架构和软件有机的结合起来了，开创了很多的东西。但是在特斯拉之前，传统车企们的工程部门已有一整套的方法论，可能很多地方需要改变，然而怎么改变才能符合未来的诉求，这是最重要的事情。

       Part1：高压部分

       保时捷Taycan是第一个做800V系统的，但是实际上Taycan在设计的时候，在整车系统里面考虑了多个电压系统，包括800V（动力电池）、400V、48V和12V（LFP电池），两个电压平台是不具备电池做缓冲的。

       1）800V电压和其他电压系统

       Taycan是具有多个电压平台的，如下所示：

DCDC：这个DCDC很有意思，要把电压转化为400V、48V和12V

热管理系统：空调压缩机是400V的、PTC是800V的

       图1保时捷Taycan的各个电压系统部分

       下面这张图可能更清晰一些，红色标注的都是800V，最主要的是提供给前后逆变器。

       图2对应的保时捷Taycan内部高压总线

       2）DCDC转换器

       这个800V=>400V，主要是提供给空调压缩机的，据和德国的工程师朋友交流，下一代800V的空调压缩机会出来，所以这个800V降压到400V的将会被取消掉。

       图3Taycan的800V=>400V&12V&48VDCDC

       这里面有三个DCDC，分别为3.5kW、5.3kW和3.5kW的三路DC-DC变换控制，从硬件结构上看有点复杂。

       表1对应的功率

       从能量管理来看，需要对高压电池进行能量管理，对12VLFP电池进行管理，对48V的负载也需要做协调处理，这里的多个电压转换的负载平衡是有点意思的。这个控制都是放在网关里的（保时捷的网关其实是和车身的融合，类似MEB里面的ICAS1那样具备复合的功能）。

       备注：以后我们分析MEB和PPE平台的细节的时候，可以就这些能量管理的软件细节再仔细整理下

       图4高压降压管理器

       Part2:高压升压器的设计考量

       由于有着这样的设计，保时捷Taycan的400V升800V高压的充电器工作原理有点复杂，如下所示：

       图5400V升800V的高压充电器

       之前一直以为这是一个非隔离、可以调压的DCDC产品，实际的原理是一个充电泵，通过高频的切换把电压泵上去翻倍的策略来做的，特点是不需要线圈，直接告诉外部的直流充电站1/2的实际需求电压，然后通过电压泵拉回来。充电泵的原理采用60Hz的控制频率，先让电路总为C1和C2充电，然后通过C1和电压源串联，让输出电压的两倍减去二极管的压降。

       图6400V=>800V的电压泵

       小结：在阅读了这份材料以后，我们能了解Taycan在选用800V上面有很多的取舍，在800V充基础设施并不完备的时候，保时捷为了达到更好的充电效果，是付出了很大的代价的。

       图｜网络及相关截图

       作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

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