800V電驅動系統的案例
800V電驅動系統詳細解析 800V電驅動系統設計技術詳解
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（Vitesco Technologies的前身大陸集團動力總成事業群是全球領先的開發商和制造商，致力于為可持續出行提供先進的動力總成技術。）
本文想從Vitesco發布的800V電驅動技術---800V電橋系統應用帶來的系統效率提升開始，看看800V應用帶來的機會和挑戰。
前言
交通運輸行業的全球電氣化需要開發高效且具有成本效益的電氣化動力系統解決方案。牽引系統中 800 V 的應用實現了快速充電的優勢，并可以減少導體的橫截面積以降低重量和成本。
由于電池仍然是電驅動系統的最主要成本構成，因此以最高效的方式使用電池提供的能量是很重要的，從電能到機械能的轉換效率即電驅動系統效率就顯得及其重要。
展開 800V電驅動系統詳細解析（第二期）
前邊我們寫了第一期：
電動汽車800V高壓充電技術現狀及趨勢
今天分享800V電驅動系統詳細解析（第二期）
電動汽車(EV)普及的兩個主要挑戰包括續航里程有限和充電時間長。超快充電有助于緩解這兩個問題。然而，對于典型的400V電池EV(BEV)，充電速率受到承載充電電流所需的實際電纜尺寸的限制。為了達到350或400kW的超高充電率，800V EV 是一種很有前景的方案。然而，800V EV的設計需要對所有電氣系統進行全面的分析。本文總結了800V汽車動力總成電氣設計的現狀，并分析了多個汽車動力總成組件的優勢、挑戰和未來趨勢。具體而言，討論了與電池、驅動電機、逆變器、輔助電源(DCDC)單元以及車載和非車載充電機相關的詳細優勢和挑戰。
對于典型的 BEV，電池能量存儲通常在30到100kWh之間，這約小于等于335 英里的行駛里程。目前的快速充電技術額定功率為50kW，為電池充電需要35-120分鐘 ，但從消費者的角度來看，更快的充電時間可以最大限度地減少行駛里程限制帶來的不便。例如，通過將快速充電功率水平從50kW提高到150kW，充電時間減少了三分之二。但是，如果充電電壓水平保持在典型的400V，充電電纜的額定電流增加了3倍，體積變大，傳導損耗增加了9倍，需要改進冷卻系統以避免過熱。保時捷推出了800V系統電壓，充電速率高達350kW，這意味著只需 15 分鐘即可為 87kWh的電池充滿電。此外，ABB 還推出了模塊化“Terra Hp”充電系統，能夠為400和800V電池充電，充電功率為175或350kW。
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因此，SiC是通往更高系統電壓的關鍵技術。
如果可以找到電機和逆變器的兩條隨開關頻率相反運行的損耗曲線之間的最佳平衡，則 WLTP 系統級（800 V Si 系統與 800 V SiC 系統相比）的效率可能提高 4 % 至 8 %）。效率描述了存儲在電池中的能量與用于產生牽引力的能量之比。
因此，更高的效率可以實現在電池容量相同的情況下更長的里程，或者在電池容量降低的情況下產生里程不變。因此，提高效率是優化 BEV 成本的最大措施。SiC 技術應用帶來的是系統成本優勢，因為它們可以節省更多的電池。
Vitesco Technologies 正在開發一種模塊化逆變器概念，用于從 400 V 到 800 V 的過渡。該開發的技術平臺是基于高度集成的電驅動系統EMR4（ 第 4 代）。EMR4 電驅動橋是 EMR3 的進一步發展，目前已在中國進行大規模批量生產。EMR3 已集成到歐洲和亞洲 OEM 的多款車輛中。
EMR4 的電力電子控制器（逆變 ）基于第四代電力電子控制器平臺(EPF4.0)。Vitesco Technologies 可以利用其在逆變器技術開發方面的廣泛和長期經驗來實現具有低雜散電感和優化 dv/dt 的技術。
展開 800V高壓系統的驅動力和系統架構分析——為什么是800V高壓系統？
隨著高耐壓的IGBT阻抗升高，頻率性能下降，由400V系統升高到800V系統后，在同等頻率下，Si-IGBT器件的導通損耗、開關損耗都有顯著的上升，如果在800V高壓系統領域走硅IGBT技術路線的話，就會出現成本上升但效能下降的問題。所以在當下800V高壓電驅領域，碳化硅MOSFET是高效電驅的唯一選項。
800V高壓系統備受業界關注，原因簡要概括有二：以高功率快充實現為市場賣點，以低成本和高效率系統實現為技術賣點。
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在400V電壓平臺下， SiC能夠比 IGBT 器件擁有2 - 4% 的效率提升 ，而在 750V電壓平臺下其 提升幅度則可增大至3.5%- 8%。
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海外車企通用、現代、戴姆勒、Lucid等陸續發布800V架構的規劃。
從上海車展，可以看出各車企對整車平臺電壓提升到800V已經開始成為共識，
受限于硅基IGBT功率元器件的耐壓能力，之前電動車高壓系統普遍采用的是400V電壓平臺。基于該電壓平臺的充電樁中，充電功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁，達到了250kW，工作電流的峰值接近600A。如果想要進一步提高充電功率、縮短充電時間，就需要將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，來實現高壓系統的擴容。
當車企選擇800V高壓架構時，電動汽車的電池包、電驅動、PTC、空調壓縮機、車載充電機等都需要重新選型。如車企應采購適用于快充的2.2C電池，并在電池管理系統進行更精準的測算，保證安全；電驅動、OBC等將優先選擇以更低阻抗實現高耐壓的SiC功率器件。
高壓技術已初步完備，相關部件預計將在2021年開始實現行業量產，如采埃孚表示將于今年在中歐量產800V功率電子，華為、博格華納、匯川技術等陸續發布800V電驅動系統；保時捷Taycan已經應用了800V PTC；翰昂系統的電動壓縮機可覆蓋到800V電壓。等待它們的是成本的進一步降低，需要依靠大規模量產和應用。
車上高壓部件的重新選型及供應鏈基礎
到充電供給端，其技術要比車上部件成熟許多，且更容易高壓化。從DC500V系統升級到DC950V系統，除了充電、線、直熔絲等需做出變更外，其他設備則無需重新選型。
總結：高壓電氣架構由400V提升至800V，將在充電速度上提升新能源汽車的使用感受，同時800V高壓電氣架構，對于車企變動量也很大，需要升級還貸，對于高壓零部件，是一次技術升級，過程中充滿了機會和挑戰。
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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。
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800V高壓對電機的影響
前言
800V電驅動是一個系統性的話題，對于電機而言，挑戰的方向主要圍繞高速、壓、散熱，對于量產而言，小型化和低成本也是考量的一個方面。對于高壓部分而言，最直接的影響便是軸承電腐蝕和定子繞組耐壓能力。
問題的來源
電驅系統采用PWM控制電路，實際工作中由于高壓電回路中存在雜散電感，而在二極管關閉的過程中，雜散電感因變化的電流會產生感應電壓，即電壓振蕩。
下圖為下圖為典型的雙電極電壓（極性從正極到負極交替變化的電壓）沖擊圖
圖源：公眾號：調皮的JINX
參數解釋：
Va：穩態沖擊電壓，對應直流電路電壓Vdc
Vp：峰值電壓
Vos：過沖電壓，即電壓振蕩，計算公式為Vos=L*di/dt
相比400V的硅基IGBT產品，800V產品不僅電壓平臺提升，處于效率考量通常會采用碳化硅基MOSFET。di/dt值更高，電壓振蕩幅度也更大。電壓振蕩幅度變大會帶來兩個問題，軸承電腐蝕和繞組局部放電。
軸承電腐蝕
軸電流的形成
由于電機繞組中性點電壓在任意時刻都不為零，在PWM變頻供電時，定子繞組與殼體、定子繞組與轉子、轉子與定子鐵心以及軸承形成共模通路的等效電路，即共模電壓。共模電壓的值與電機母線電壓成正比，頻率受逆變器載波頻率影響。
來源：《基于PWM逆變器供電軸電流問題的交流電機》
對于軸承而言，作為等效電路的一部分，等比例形成對地電壓。在軸承油膜完好的情況下，軸承對地電壓和電機共模電壓之比定義為BVR。
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