新能源汽車在推廣過程中，面臨續(xù)駛里程短、充電難、充電慢的問題，通過加大電流及提升系統(tǒng)電壓的方式提升充電效率，大電流會造成部件熱損失高，因此通過提高系統(tǒng)電壓成為提高效率的主流選擇。而電驅(qū)系統(tǒng)作為新能源汽車的核心部件，是體現(xiàn)汽車產(chǎn)品性能與核心競爭力的關鍵，當前國內(nèi)外品牌如：大眾、寶馬、奔馳、比亞迪、吉利、長城等在高壓平臺方面都有所布局，基于高壓平臺的800 V 電驅(qū)系統(tǒng)也成為行業(yè)重點研究的關鍵技術。

800V高壓電驅(qū)技術發(fā)展趨勢

2019年9月4日，保時捷發(fā)布首款純電動跑車—全新Tayca。其中，首批發(fā)布的車型版本為全新Taycan(圖片|配置|詢價) Turbo S和全新Taycan Turbo，這2款車型均為“保時捷E驅(qū)高效動力”(Porsche E-Performance)，代表保時捷純電動量產(chǎn)車Taycan 系列的最高性能。目前，常見的電動車系統(tǒng)電壓為400 V，全新保時捷Taycan 是第一款系統(tǒng)電壓達到800 V的量產(chǎn)車型。該車型采用雙電機四輪驅(qū)動配置(表1)，其搭載了源自勒芒冠軍賽車919 Hybrid 的800 V技術配合雙永磁同步電機與后軸兩速變速器，兼顧性能與續(xù)駛里程雙優(yōu)的需求。800 V三電系統(tǒng)電耗低，內(nèi)置升壓器，提高持續(xù)輸出功率，增大充電功率，縮短充電時間，降低系統(tǒng)質(zhì)量，前后驅(qū)動雙電機均采用交流永磁同步電機，采用HairPin發(fā)卡式繞組工藝，槽滿率高達70%，局部采用激光焊接。保時捷宣布Taycan可以支持連續(xù)10次以上的彈射起步，且不會出現(xiàn)轉矩輸出降額，其電機熱性能設計能力較好。

表1 保時捷Taycan電驅(qū)動系統(tǒng)技術指標

2020年12月2日，現(xiàn)代汽車集團全球首發(fā)了全新電動汽車專用模塊化平臺E-GMP(Electric-Global Modular Platform，E-GMP)。平臺采用800 V電壓電氣架構，雙向充電，充電功率可達350kW，18 min內(nèi)即可充電80%，充電5 min可行駛100km?，F(xiàn)代汽車表示，其集成充電控制裝置(Integrated Charge Control Unit,ICCU)是全球首個通過電機和逆變器將400 V 提升到800 V，實現(xiàn)以400 V快速充電樁為800 V電池穩(wěn)定充電的專利技術。2021年，采埃孚、比亞迪、吉利、北汽、長安、廣汽、東風、小鵬等相繼跟進發(fā)布800 V 高壓平臺架構，車型有望在2022年陸續(xù)啟動量產(chǎn)。800 V高壓電驅(qū)動系統(tǒng)即將迎來爆發(fā)式增長。

相比400V系統(tǒng)有什么優(yōu)勢?

第一，充電功率能做到更高，消除充電時間焦慮。業(yè)界一般認為500A是車規(guī)級線束接插件的極限，更高電流的話電氣系統(tǒng)設計復雜度將大幅增加，這意味著400V系統(tǒng)下200kW左右的充電功率會成為很多車輛設計的極限;而800V高壓系統(tǒng)可以將極限突破到400kW，這種情況下如果按照長續(xù)航車輛電池100kWh@20%-80%充電，僅需9分鐘，基本等于傳統(tǒng)燃油車加油的時間，完全消除充電時間焦慮。

第二，快充系統(tǒng)成本低。市面上也出現(xiàn)基于400V系統(tǒng)的快充，但800V高壓系統(tǒng)可以在高功率充電應用下做到更低的系統(tǒng)成本。表1顯示了400V系統(tǒng)和800V高壓系統(tǒng)車輛總成成本的定性比較，更進一步體現(xiàn)為: 短期內(nèi)800V充電250kW以上充電功率段，長期看800V充電150kW以上充電功率段，800V高壓系統(tǒng)有明顯的系統(tǒng)成本優(yōu)勢。

表1 快充應用下車輛總成成本

第三，快充充電損耗低。相比400V系統(tǒng)，800V高壓系統(tǒng)充電電流小，電池損耗，線束損耗以及充電樁損耗都可以降低，實現(xiàn)充電節(jié)能。

第四，車輛行駛環(huán)節(jié)能耗低，同等電池容量情況下實現(xiàn)更長的續(xù)航里程或者同等續(xù)航里程情況下可以實現(xiàn)電池容量削減以及總成成本降低。

相比400V系統(tǒng)，一者800V高壓系統(tǒng)電池、電驅(qū)以及其他高壓部件電流小，相關部件損耗和線束損耗以都可以降低;二者伴隨著第三代半導體碳化硅技術的引入，各高壓部件尤其是電驅(qū)部件的能耗可以大幅降低，實現(xiàn)車輛節(jié)能行駛。

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：

軸電壓的產(chǎn)生：電機控制器供電為變頻電源，含有高次諧波分量，逆變器、定子繞組、機殼形成回路，產(chǎn)生感應電壓，稱為共模電壓，在此回路上產(chǎn)生高頻電流。由于電磁感應原理，電機軸兩端形成感應電壓，成為軸電壓，一般來說無法避免。

轉子、電機軸、軸承形成閉合回路，軸承滾珠與滾道內(nèi)表面為點接觸，若軸電壓過高，容易擊穿油膜后形成回路，軸電流出現(xiàn)導致軸承腐蝕。

800V的逆變器應用SiC，導致電壓變化頻率高，軸電流增大，軸承防腐蝕要求增加。

同時，由于電壓/開關頻率增加，800V電機內(nèi)部的絕緣/EMC防護等級要求提升。

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(xiàn)高功率密度與優(yōu)化系統(tǒng)總成本的優(yōu)點，其技術可以有效地提升800V電驅(qū)動系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)

主要包括電容和磁環(huán)，原濾波系統(tǒng)基于400V架構設計，升級800V后EMC輻射量會變化，整車濾波系統(tǒng)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(xiàn)有部分繼電器能夠兼容高電壓。

審核編輯：湯梓紅