在新能源汽车卷得起飞的年代,为了进一步提升车辆的续航和充电性能,各个主机厂都在提出800V高压平台,作为400V高压平台的升级,拉开价格梯度,像保时捷,小鹏,蔚来等厂商。比如小米的真800V高压平台:
source: 小米汽车官网
以及今年将要上市的乐道900V高压平台等。
source: 蔚来汽车官网
下面来详细了解800V高压平台是什么,有哪些类型,有什么作用等信息。
1. 400V和800V
800V高压平台的800V指的是一个范围,一般在550-930V范围都可以称为800V。比如在已上市的800V高压平台中,小鹏G6的是551V,智己LS6的是750V。小米的是871V。
同样地,对于400V高压平台也是如此,在230-450V范围称为400V。
相对于400V高压平台,800V高压平台会有什么优势?为什么各个车企都在推800V高压平台?下面先了解一些背景知识:
通常各个车企都会给出动力电池包电量是多少kwh,即多少度电。假如动力电池包电量是80度电,也就是80kwh。这样当我们给动力电池包充电,我们关注充电功率,因为功率单位是kw,乘以时间就是kwh,也就是说充电功率的大小决定充电时间的长短。针对80kwh的电池包,从零电量开始,如果以40kw功率充电,那么理论上2小时充满,如果以80kw功率充电,那么理论上1小时充满。
source: 研判比亚迪汉EV四驱版3种功率充电桩的快充效率
这就是充电功率与充电时间的关系,要减小充电时间,则要提高充电功率。我们自初中以来就知道功率是电压与电流的乘积,如果充电电压400V,充电电流100A,那么充电功率是40kw;如果充电电压800V,充电电流100A,那么充电功率是80kw。不难发现,同等充电电流下,充电电压越高,那么充电功率越大,相应地充电时间更短。
现在我们只听说提高充电电压,没听说提高充电流,这是因为更高的电流意味着更好的产热和损耗(I2R)。所以大家都采用更高电压平台的原因,采用800V高压平台有几点优势:
快充(直流充电)更快。800V高压平台允许在较低电流下实现高功率充电,缩短充电时间。热损耗更小。相同充电功率需求下,电压高了,电流就低了,从而电线可以做得更细,进而能减轻了车辆重量,也减少电线和电气部件的热损耗,降低了冷却系统的要求。系统效率更高。800V高压平台需要使用更高效的SiC(碳化硅)功率器件,整体电能转换效率得到提升,降低能耗。兼容性和适应性好。虽然800V高压平台的车辆需要充电基础设施更先进,但通过高低压转换器也可以能兼容较低电压的充电站。source: 岚图发布800V高电压平台及超级快充技术
因此可以这样理解,800V高压平台是通过提升电压的方法来改善车辆的效率和性能,包括充电性能和续航里程等消费者的特别关注点。
2. 800V高压平台的实现方案有哪些?
现在各个车企都在宣传自己的800V平台,从400V过渡到800V,分析下来有6种具体的实现方案,如下所示:
source: 现代IONIQ 5的800V高压架构梳理及其思考,各主机厂800V的的布局情况
而这几种方案可归为两类,一类是全800V高压平台架构(所有高压器件都升级至800V),另一类是部分800V高压平台架构(保留部分400V零件,比如空调、和DCDC等)。
2.1 全800V高压平台架构
全800V高压平台是指从动力电池到驱动系统,包括逆变器、车载电源控制单元,空调压缩机和热管理系统的有关零部件等,全部采用800V高压平台的设计,如下示意:
source: 五大关键点梳理:为什么新能源汽车要引入 800V 高压系统?
采用全800V高压平台带来的收益是:提高充电效率和速度,以及提升系统整体的能效。但成本更高,因为需要使用成本更高的SiC功率器件,对整个车辆电气系统的耐压等级要求更高,需要对电机、压缩机等部件进行耐高压设计。此外需要800V充电基础设施,但可通过DCDC转换器向下兼容400V充电站。
2.2 部分800V高压平台架构
部分800V高压平台,顾名思义,不是整个高压系统都升级到800V,而是对关键部分进行升级。比如动力系统(包括电机和电控单元),而保留其他非核心部件在400V高压平台,比如具体方案可能是采用800V的电池和电机,但通过一个高效的DC/DC转换器,将800V电压转换为400V,以供其他系统使用,这样既可提升快充能力,又能控制整体成本和复杂性。这样的设计方案主要是车企综合考虑性能与成本的平衡策略。
下图示意了一种部分800V高压平台,即仅直流快充系统为800V,而电驱动和其他系统保持400V,通过DCDC转换器进行电压转换。
source: 五大关键点梳理:为什么新能源车要引入 800V 高压系统
3为什么使用碳化硅半导体?提到800V,就不得不提到碳化硅功率半导体,一个是成本更高,另一个是带来了显著的性能提升。
相比硅半导体,碳化硅功率半导体的一些特性参数有了很大的提升,比如:
碳化硅的禁带宽度是硅的3倍,使其具备在高温下稳定工作的能力;
碳化硅的电场强度是硅的15倍,使其导通阻抗低,导通能耗降低;
碳化硅的电子饱和率是硅的2倍,使其开关速度更快,开关能耗降低;
碳化硅的导热系数是硅的3.5倍,使其散热性能更好。
https://www.eet-china.com/mp/a114492.htmlsource: 800V高压系统的驱动力和系统架构分析及其挑战
这些优势都有助于高压部件设计和整车的优化,主要体现在:碳化硅MOSFET可以大幅提升逆变器效率以及电驱效率,相比400V系统硅IGBT,碳化硅MOSFET逆变器损耗降低了50%左右,提升电驱效率继而降低整车能耗。
4.800V使用注意什么?
高电压平台是当前大功率充电的主流技术路线,但目前普遍都是低压充电桩或快充桩性能受限,这对于800v电压平台的车辆,在充电时会受到充电桩电压和功率的限制,从而导致不能以理论上的最大充电功率进行充电。即实际效果会根据充电桩的功率输出和车辆电池的充电策略而有所不同。
source: 雷军站台大功率充电桩,800V高压快充何时普及
总结下来,对于800V电压平台的车辆,进行快充时,既要确保安全和效率的同时,也要进行车辆和充电设施的协同,其快充的使用条件涉及多个方面:
充电站支持。需要有800V的超充站,这些充电站能够提供至少200kW以上的充电功率。电网承载能力。800V快充对电网的瞬时功率需求高,需要充电站有良好的电网接入条件,可能需要专门的电网升级或使用智能调度系统,以避免对电网造成过大压力。软件和硬件协同。车辆与充电站之间需要有良好的通信协议,确保充电过程中的安全监控和功率调整。兼容性与过渡。考虑到兼容性,车辆可能需要具备从800V向下兼容400V充电的能力,以适应更广泛的充电网络。到此,本文就大致介绍了800V电压平台的一些关键概念和信息,希望对有需要了解电动汽车高压系统架构的朋友有所帮助。
作者: YiXingCourse 来源:谦益行