設(shè)計(jì)800V車(chē)輛架構(gòu)時(shí)需要注意什么

消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的快速充電體驗(yàn)抱有更高的期望。他們希望能在15分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)將電池充電至80%。

為了滿足這一期望，OEMs越來(lái)越多地關(guān)注800V汽車(chē)架構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)施提供商也正在升級(jí)其充電網(wǎng)絡(luò)以支持它們。但是，轉(zhuǎn)向800V架構(gòu)意味著對(duì)車(chē)輛架構(gòu)進(jìn)行一些必要的調(diào)整和優(yōu)化。

物理挑戰(zhàn)

充電時(shí)，只有兩種方法可以更快地為電動(dòng)汽車(chē)供電：提高電流或提高電壓。

提高電流，所有在車(chē)輛中承載電流的電纜線徑比較變大，連接器&端子也必須擴(kuò)大，以保持電阻降低。熱量的產(chǎn)生與電流的平方成正比，因此還必須實(shí)施復(fù)雜的冷卻技術(shù)。增加部件尺寸也會(huì)增加重量，從而影響車(chē)輛續(xù)航里程，所有這些因素都會(huì)增加材料成本。

然而，提高電壓會(huì)降低相同功率所需的電流，因此會(huì)產(chǎn)生相反的效果：承載電流的所有東西都可以保持更小、更輕，包括電纜和連接器、電機(jī)和用于為車(chē)輛充電的連接線。

由于發(fā)熱而損失的功率更少，因此隨著冷卻泵、冷卻壓縮機(jī)和散熱器的小型化，熱管理可能不那么穩(wěn)健。

由于這些原因，增加電壓是增加進(jìn)出電池的功率的最具成本效益的方法。

在某一點(diǎn)上，提高電壓確實(shí)是唯一的選擇，因?yàn)槌潆娙肟谔幍囊_尺寸是固定的，不能放大以適應(yīng)更高的電流。

當(dāng)前，400V架構(gòu)已成為電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置。在150kW的快速充電站中，當(dāng)提供約350A的電流時(shí)，理論上只需不到30分鐘即可將60kWh的電動(dòng)汽車(chē)電池從20%充電至80%。若要將充電時(shí)間進(jìn)一步縮短至僅15分鐘或更少，最直接的方法是提高電壓至800V，同時(shí)保持電流水平不變，從而使得總功率提升至300kW。

設(shè)計(jì)差異

可以確定的是，雖然被稱(chēng)為800V電池，但它們?cè)趯?shí)際工作過(guò)程中很少在800V的電壓下運(yùn)行。其正常的工作電壓范圍為440V至900V，具體取決于電池中單體電池的數(shù)量、類(lèi)型以及串聯(lián)部署的方式。在任何特定時(shí)間點(diǎn)，電池的電壓會(huì)根據(jù)其充電狀態(tài)有所變化，當(dāng)電池接近滿電狀態(tài)時(shí)，其電壓會(huì)相應(yīng)升高。

然而，由于電池需要在該范圍內(nèi)工作，因此，完整的充電線束和動(dòng)力總成必須經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，以確保能夠承受如此高的電壓。這意味著導(dǎo)體之間的距離，無(wú)論是沿表面還是通過(guò)空氣，都必須適當(dāng)加大，以防止電弧的產(chǎn)生。隨著電壓的升高，電弧的可能性也隨之增大。此外，為了確保安全，絕緣層必須加厚，盡管其重量和成本遠(yuǎn)低于它所保護(hù)的銅。

另一個(gè)關(guān)鍵因素是用于管理電池電力流動(dòng)的電力電子設(shè)備。在400V電壓下，硅功率器件可以用于電子設(shè)備，但在電壓高于這一水平時(shí)，其效率開(kāi)始下降。因此，在800V電壓下，必須使用更昂貴的碳化硅材料來(lái)最小化能量損耗。

車(chē)載充電器必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒌椭?10V的交流電升壓至與電池相匹配的800V電壓。同樣地，當(dāng)僅有400V直流快速充電系統(tǒng)可用時(shí)，DC-DC轉(zhuǎn)換器也需要進(jìn)行升壓處理，以確保與電池的800V電壓相匹配。

為了應(yīng)對(duì)電池電壓的廣泛變化，電力電子設(shè)備必須與電池管理軟件進(jìn)行緊密的通信。通過(guò)這種方式，可以精確地設(shè)定所需的電壓設(shè)定點(diǎn)和電流充放電容量，從而確保安全高效的電源轉(zhuǎn)換。借助納秒控制技術(shù)，電力電子設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整功率輸入，即使在電壓瞬變高達(dá)1000V的情況下也能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

權(quán)衡取舍

通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化車(chē)輛架構(gòu)設(shè)計(jì)，OEMs將能夠顯著提高車(chē)輛的充電率，同時(shí)有效降低管理系統(tǒng)成本。在800V的高電壓下，電池能夠提供更連續(xù)的高功率輸出，使得車(chē)輛能夠更好地應(yīng)對(duì)連續(xù)的快速加速，提升駕駛體驗(yàn)。

審核編輯：黃飛