高压汽车：为什么 800 伏电动汽车正在兴起

来源：线束世界•作者：•2024-01-03 14:22

随着全球对电动汽车（EV）需求的不断增长，驾驶员对车辆性能的要求也日益提高。他们期望获得更长的续航里程和更快的充电速度，而这些都与电池的性能息息相关。因此，优化电池技术成为了提升电动汽车性能的关键所在。

有许多研究项目专注于解决这些挑战，但最有希望的项目是提高电池电压。目前，大多数电动汽车的电池系统采用的是400伏的电压，但随着技术的进步，一些汽车制造商已经开始着手设计新一代的电动汽车，将电池电压提升至800伏。

更高的电池电压意味着更多的能量和更高的充电功率，以及更高的效率、更好的性能和电机和逆变器等电动汽车组件的重量减轻。但高电压也带来了新的挑战。下面我们来看看为什么电动汽车行业如此热衷于转向更高的电压，以及工程师是如何实现这一目标的。

拥有 400 伏或 800 伏 EV 架构意味着什么

电动汽车的架构是一个错综复杂的系统，涵盖了电池、电机、传感器、电子控制、辅助设备、布线以及其他众多组件。其中，电池的电压无论是 400 伏还是 800 伏，都会对其造成影响。

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800 V 系统架构需要重新设计电动汽车中的许多组件。（图片：保时捷）

尽管这些数值看似固定，但实际上并非如此。例如，300-500伏的电池电压范围被称为400伏架构，而600-900伏的电压范围则被称为800伏架构。转向800伏架构并不仅仅是将电池连接以获得800伏的电压，这一工作电压在设计汽车中所有其他高压器件时起着至关重要的作用。这一关键参数直接影响到电动汽车的整体性能和安全性。

为什么电动汽车制造商要转向 800 伏电压

更高的电池电压对电动汽车来说意味着效率的提高、性能的增强以及更出色的充电效果。对于驾驶员而言，这代表着更快的充电速度和更低的能耗。

充电速度的主要参数是充电器输出功率，这取决于电压和电流。增加充电电流会导致更多的热量和能量损失，因此增加电压是增加功率和获得更快充电的更好方法。在两倍的电压和相等的电流下，电动汽车充电器可以为电动汽车提供几乎两倍的能量。当然，充电器和电动汽车的转换器必须重新设计，以便能够承载更高的功率。

800 伏架构还降低了能耗。如果电池输出的功率与电压增加相同，则意味着其电流必须减小。由于发热和功率损耗与电流的平方成正比，因此热损耗随着电压的升高而降低。较低的电流对电池老化也有积极影响，从而延长电池寿命。

800 伏电动汽车架构的挑战

800伏电动汽车架构具有毋庸置疑的优势，但要在市场上顺利整合该技术，仍有一些挑战需要克服。

充电基础设施是第一个问题。充电速度取决于充电站，大多数充电站都是为 400 伏电动汽车供电的。为了充分利用更快的充电能力，800 伏电动汽车将需要更强大的充电站。

另一个问题是电动汽车设计。800 伏架构需要重新设计电路和组件，以确保适当的绝缘、故障安全系统和正确的测试程序，以证明组件在高压环境中的可靠性。测试程序必须涵盖最坏的情况，最高可达 800 伏工作电压的五倍。

800伏电动汽车的设备成本也往往更高。例如，他们倾向于在电源转换器中使用价格更高的碳化硅（SiC）开关元件。与传统的硅基转换器（5-6%）相比，SiC能够以非常低的能量损耗（2%）提高开关频率。然而，由于 800 伏电动汽车的电流较低，电线和链路可能更粗，冷却要求更低。

安全问题是转向更高电压架构所必须重视的关键因素。由于更高电压的系统需要更大的物理空间以避免过压和电弧等问题，这给电动汽车制造商带来了不小的挑战。例如，为了防止电弧的产生，电容器需要满足一定的最小爬电距离要求。然而，由于电压越高，所需的距离就越长，这直接导致了电容器体积的增大。这对于追求更小、更轻的电动汽车制造商来说，无疑是一个巨大的障碍。如何在提高效率的同时确保安全，成为了他们面临的一个重要问题。

针对 800 V 架构的不同解决方案

电动汽车制造商已深入探讨并分析了许多方法，旨在克服800伏架构所带来的挑战。目前，有三种被认为极具潜力的方法：

第一种方法是通过使整个电动汽车的高压系统以800伏电压运行，从而避免在组件之间进行电压转换。这种方法能够实现更快的充电速度和更高的效率，为电动汽车带来了显著的优势。然而，这种方案需要更多的电动汽车重新设计，并且增加了制造成本。因此，工程师们正在寻求更加经济和高效的解决方案，以满足日益增长的需求。

第二种方法是将电动汽车的部分关键设备，如电池组和驱动电机，设计为800伏电压，而系统的其余部分则保持为400伏。这种方式需要在800伏和400伏器件之间进行电压转换，这不仅增加了成本和设计的复杂性，还可能导致额外的功率损耗。然而，与第一种方法相比，这种方案需要较少的电动汽车重新设计，并能够降低400伏系统的成本。尽管存在这些挑战，但这种方法仍可实现更快的充电速度，从而提高了用户体验。

第三种方法是混合解决方案，该解决方案涉及能够在充电时在 800 伏和放电时在 400 伏之间切换的电池系统。其他高压设备保持在 400 伏。这种简单且低成本的解决方案可实现更快的充电速度，但以 400 伏放电意味着无法降低能耗。

随着电动汽车制造商从 400 伏切换到 800 伏，我们可能会看到所有三种方法。随着测试程序的发展和 800 伏组件价格的下降，我们可以期待完全过渡到高压架构。对于需要高功率的重型电动汽车，我们甚至可能会看到超过 800 伏的架构。

为什么特斯拉坚持使用800伏电动汽车

向 800 伏电动汽车的过渡已经在顺利进行中。汽车制造商保时捷、现代、捷尼赛思、起亚和奥迪已经为电动汽车提供800伏电池系统。沃尔沃、极星和路特斯也致力于800伏架构。日立汽车系统开始量产800V电池系统。

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据保时捷称，保时捷 Taycan 是第一款系统电压为 800 伏的量产电动汽车。（图片：保时捷）

有趣的是，电动汽车行业的先驱特斯拉并没有公开承诺转向800伏架构。首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）对这一转变的价值表示质疑，认为目前重新设计的成本并不值得——至少对于特斯拉的小型车辆如Model Y和Model 3而言是这样。不过，从长远角度来看，他认为800伏架构对于大量生产的车辆来说是有意义的。

这可能需要一些时间，但无论如何，电动汽车行业正在转向高压。