從量變到質變，純電動汽車800V平臺技術解析
充電慢，充電難一直是新能源汽車所面臨的難題，而高電壓平臺技術和與之配套的超級充電樁則是目前最被看好的解決方案之一。
那么，電壓平臺升高的量變如何使電動車實現便利性媲美燃油車的質變呢？
電動車800V高壓平臺
因動力源差異，燃油車和電動車的電壓平臺差異大。燃油車動力源來自內燃機，車用電器對輸出功率要求不高，低電壓平臺即可滿足。
而純電車型動力源是電機和電池，需要較大的輸入/輸出功率，車內電壓平臺通常高于燃油車，純電乘用車電壓通常在200-400V之間。
1.400V高壓系統
400V高壓系統通常包括：電池、電機、電控、充電機（OBC）、高低壓轉換器（DC/DC）、高壓控制盒(PDU)、連接器及線束、電機/電池熱管理相關零部件。從核心部件功能上看：
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電池是所有電器的供電單元，PDU對電池、電路起保護作用；
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驅動電機及控制器是動力源，將電能轉化為機械能； -
DC/DC對高低壓進行轉化，滿足車內低電壓器件用電需求； -
OBC將充電樁的交流電轉換成直流電進而通過分線盒給電池充電。
400V電子電器架構
2.800V高壓系統
高壓線束規格下降，用量減少，降本減重，在電壓翻倍、充電功率增幅不翻倍的情形下，串聯增加，高壓線束電流變小。
SiC逆變器使得電源頻率增加，電機轉速增加，相同功率下轉矩減小，體積減小。電機電壓翻倍，相同功率下電流減半，因此銅線細（但匝數增加，因此用銅量未減小），電流密度小，轉矩變小。若需提升功率，額定電流僅需從400V電機額定電流的一半開始增加。
800V電子電器架構
為什么至少是800V？
為了向上兼容電池容量大的高端車，電池充電速度以電流倍率（C）衡量。實際應用中的限制條件是：
充電槍有最大充電電流限制；
不同EV有不同的電池容量，均要實現相當的快充時間。
做一個簡單的算術：
假設忽略電池包內部電芯連接方式，容量75/100kWh的電池包，要求同樣要實現7.5min充滿（<4min30%-80%SOC），即4C的最高倍率，最大電流為500A充電槍下，根據容量=電流*電壓*充電時間，75/100kWh電池包母線電壓將達到600/800V。
因此，為了向上兼容電池容量大高端車快充性能，在設計之初就將整車電壓水平定在800V，電池包內部電芯亦以800V為標準設計串并聯拓撲，最后確定電芯容量。
例如：400V體系下，如果是三元電芯，需要400/3.6=112個串聯節點；若4個電芯并聯，則一共需要448個電芯。電池包容量是100kWh，則單個NCM電芯容量為62Ah，對應電芯連接方式是4并112串。800V體系下，若電芯規格不變，電芯連接方式則變為2并224串。
800V是降低續航及充電焦慮的主流選擇
新能源汽車普及過程中，續航和充電速度是兩大短板。相較于燃油車，大部分新能源汽車續航里程低于600公里，普遍低于燃油車的續航里程，較難滿足城際間長里程行駛需求。
另一方面，現有的充電技術需要消費者等待40分鐘甚至更久才可充滿，而燃油車的加油過程僅需要5分鐘，對比之下補能效率更低。續航里程和充電速度是兩大短板，制約新能源汽車對燃油車的替代。車企的解決方案包括：提升帶電量、提高補能效率。
1.提升帶電量
提升帶電量能夠緩解續航問題 ，但邊際效益遞減。HEV、PHEV、EREV車型通過燃油的方式提高續航水平。
純電車型可通過增加電池帶電量實現高續航目的，目前特斯拉Model 3高性能版CLTC標準的續航里程達675公里。
但電池是新能源車價值量最高的部件，帶電量提升會導致邊際成本和整車重量增加，購車成本與整車功耗也將隨之增加。
2.提高補能效率
但各品牌車型電池規格不同，換電技術的推廣極度依賴于車企自建的換電體系，大規模推廣的成本及難度較高。
特斯拉、極氪是大電流超充的代表品牌，其中特斯拉V3超充樁能在400V電壓的條件下達到250kW的保持不變，充電電壓或電流其中任一提高即可提高充電效率，15分鐘可補充Model 3約250公里續航所需電量。峰值充電功率，15分鐘可補充Model 3約250公里續航所需電量。
在功率不變前提下，預計800V平臺的推出，續航里程將增加10%、充電速度將提升一倍以上。當然，實際快充技術的普及需要充電樁功率和電池充電倍率的同步匹配。
從400V到800V，哪些零部件和元器件需要升級？
車企應用800V平臺架構，需要對其核心三電技術以及功率器件的耐壓、損耗、抗熱的要求更高：
1.電機方面
具體來看有以下幾點：
800V應用SiC造成軸電流增加大而擊穿油膜風險增加
2.電控方面
以Si-IGBT為例，450V下其耐壓為650V，若汽車電氣架構升級至800V，考慮開關電壓開關過載等因素，對應功率半導體耐壓等級需達1200V，而高電壓下Si-IGBT的開關/導通損耗急劇升高，面臨成本上升而能效下降的問題。
除此以外，SiC功率器件還在車載充電器、充電樁等有所應用，具有實現高功率密度與優化系統總成本的優點，其技術可以有效地提升800V電驅動系統電機和電控的整體效率，滿足應用的兼容性和可靠性要求。
車/樁上功率半導體均有望從Si基轉向SiC
3.電池方面
動力電池快充性能的掣肘在于負極，一方面石墨材料的層狀結構，導致鋰離子只能從端面進入，導致離子傳輸路徑長；另一方面石墨電極電位低，高倍率快充下石墨電極極化大，電位容易降到0V以下而析鋰。所以，對電池負極快充性能要求提升勢在必行。
4.連接器+線束
平臺架構從400V升級至800V要求連接器重新選型，連接器數量可能增加（增加大功率快充接口）；在同等功率條件下，電壓提高，電流減小，線纜耐壓性提高、體積減下。
5.濾波系統
主要包括電容和磁環，原濾波系統基于400V架構設計，升級800V后EMC輻射量會變化，整車濾波系統需重新設計。
6.繼電器
升級800V平臺要求繼電器耐壓性提升，現有部分繼電器能夠兼容高電壓。
800V高壓快充技術布局
2022年作為800V高壓快充元年，各家主機廠紛紛布局：
在高電壓平臺方面，第一個吃螃蟹的是2019年上市的保時捷Taycan。出于對充電速度和持續性能的追求，Taycan率先量產了800V電壓平臺。
對于僅能支持400V平臺的空調壓縮機，保時捷配備了一個800轉400V的轉換器專門用于其供電，以保證車型整體的開發進度，采取了800V空調壓縮機量產后再升級替代的路線。
對于如何兼容現有的400V充電樁問題，Taycan選擇了額外搭載一臺直流OBC，首先將400V充電樁輸出的充電電壓升至800V后再對電池充電。
保時捷Taycan高壓架構解析
不惜在車上增加如此復雜的電壓轉換設備，保時捷Taycan最主要的目的就是要縮短用戶在充電上付出的時間成本。
而在其他高壓部件以及電池快充能力取得進步之后，保時捷Taycan及其后續車型還有望在350kW充電功率的基礎上，進一步發掘出800V電壓平臺的潛力。
國內方面，比亞迪是較早布局相關技術的廠商。借助高壓IGBT方案，比亞迪將e平臺旗下車型的電壓提升至了600V以上，唐更是達到了700V。
在漢EV上，已經配備了比亞迪自研的SiC功率器件。所以對于比亞迪來說，接下來推出800V甚至1000V平臺的車型也只是水到渠成的事情。
吉利SEA浩瀚架構也明確表示，將引入800V平臺和SiC功率器件，并配備800V高壓快充，可實現“充電5分鐘，續航120km”，基于該架構的車型也將會在今年實現量產。
此前專注于增程式方案的理想汽車，也計劃在高壓純電動平臺上推出多款純電動車型，通過對400kW充電樁的支持，實現10分鐘提升300-500km續航的補能速度?？梢哉f，國內廠商在高電壓平臺方向上的開發工作也并不落后。
總結
雖然電壓平臺的升高，意味著電動車諸多零部件的重新開發設計，以及高壓充電網絡從無到有的布局建設，讓我們距離產品的普及還有很長一段距離要走。
但就像快充技術改變了大家使用智能手機的習慣，電動車高電壓平臺技術的落地也會對電動車產品的技術走向和使用體驗產生巨大的影響。當基于電壓平臺升高的量變，使電動車的便利性達到了媲美燃油車的質變，那么取代燃油車的那一天還會遠嗎？
來源： 優能工程師
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