设计800V汽车架构时需要注意什么？

时间： 2024-01-05 来源：电子谷公众号

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消费者对电动汽车的快速充电体验抱有更高的期望。他们希望能在15分钟或更短的时间内将电池充电至80%。

为了满足这一期望，OEMs越来越多地关注800V汽车架构，基础设施提供商也正在升级其充电网络以支持它们。但是，转向800V架构意味着对车辆架构进行一些必要的调整和优化。

物理挑战

充电时，只有两种方法可以更快地为电动汽车供电：提高电流或提高电压。

提高电流，所有在车辆中承载电流的电缆线径比较变大，连接器&端子也必须扩大，以保持电阻降低。热量的产生与电流的平方成正比，因此还必须实施复杂的冷却技术。增加部件尺寸也会增加重量，从而影响车辆续航里程，所有这些因素都会增加材料成本。

然而，提高电压会降低相同功率所需的电流，因此会产生相反的效果：承载电流的所有东西都可以保持更小、更轻，包括电缆和连接器、电机和用于为车辆充电的连接线。

800V系统架构需要重新设计电动汽车中的许多部件（图片：保时捷）

由于发热而损失的功率更少，因此随着冷却泵、冷却压缩机和散热器的小型化，热管理可能不那么稳健。

由于这些原因，增加电压是增加进出电池的功率的最具成本效益的方法。

在某一点上，提高电压确实是唯一的选择，因为充电入口处的引脚尺寸是固定的，不能放大以适应更高的电流。

当前，400V架构已成为电动汽车的标准配置。在150kW的快速充电站中，当提供约350A的电流时，理论上只需不到30分钟即可将60kWh的电动汽车电池从20%充电至80%。若要将充电时间进一步缩短至仅15分钟或更少，最直接的方法是提高电压至800V，同时保持电流水平不变，从而使得总功率提升至300kW。

设计差异

可以确定的是，虽然被称为800V电池，但它们在实际工作过程中很少在800V的电压下运行。其正常的工作电压范围为440V至900V，具体取决于电池中单体电池的数量、类型以及串联部署的方式。在任何特定时间点，电池的电压会根据其充电状态有所变化，当电池接近满电状态时，其电压会相应升高。

然而，由于电池需要在该范围内工作，因此，完整的充电线束和动力总成必须经过特殊设计，以确保能够承受如此高的电压。这意味着导体之间的距离，无论是沿表面还是通过空气，都必须适当加大，以防止电弧的产生。随着电压的升高，电弧的可能性也随之增大。此外，为了确保安全，绝缘层必须加厚，尽管其重量和成本远低于它所保护的铜。

另一个关键因素是用于管理电池电力流动的电力电子设备。在400V电压下，硅功率器件可以用于电子设备，但在电压高于这一水平时，其效率开始下降。因此，在800V电压下，必须使用更昂贵的碳化硅材料来最小化能量损耗。

车载充电器必须经过专门设计，能够将低至110V的交流电升压至与电池相匹配的800V电压。同样地，当仅有400V直流快速充电系统可用时，DC-DC转换器也需要进行升压处理，以确保与电池的800V电压相匹配。

为了应对电池电压的广泛变化，电力电子设备必须与电池管理软件进行紧密的通信。通过这种方式，可以精确地设定所需的电压设定点和电流充放电容量，从而确保安全高效的电源转换。借助纳秒控制技术，电力电子设备能够实时调整功率输入，即使在电压瞬变高达1000V的情况下也能保持稳定运行。

权衡取舍

通过调整和优化车辆架构设计，OEMs将能够显著提高车辆的充电率，同时有效降低管理系统成本。在800V的高电压下，电池能够提供更连续的高功率输出，使得车辆能够更好地应对连续的快速加速，提升驾驶体验。

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