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大咖解读：800V电驱动系统的机遇与挑战

2021-12-28 19:53:33·  来源：旺材动力总成  
　
电动汽车为什么要上800V？事实上，在今年集中爆发的800V并不是一项新技术，两年之前，保时捷Taycan就已经交出了首份答卷。首先，相同功率下，800V电压平台要比40
电动汽车为什么要上800V？
事实上，在今年集中爆发的800V并不是一项新技术，两年之前，保时捷Taycan就已经交出了首份答卷。
首先，相同功率下，800V电压平台要比400V有接近减半的电流，如此一来，高压线径可以减小不少，零部件发热也会有所降低，反应到实车上就是成本、轻量化、EMC干扰的降低，以及效率和续航的提升。
而这种效果在充电过程中一样可以发挥出强大的优化作用。
800V充电可以降低电池充电电流，带来的就是电池包充电热量降低，相同配置下可以提升充电功率，让充电补能体验无限接近于燃油车的加油。
这应该是让所有汽车OEM趋之若鹜的关键。
800V元年，车企纷纷布局
2022年作为800V高压快充元年，各家主机厂纷纷布局。目前有6家车企已经布局了800V快充技术，并有望在2021年底后陆续实现量产。目前，小鹏汽车、广汽埃安、e平台、吉利极氪、理想汽车、北汽极狐6家都已经布局快充技术。汉车型已经搭载SiC功率器件、蔚来ET7也将搭载SiC器件。


图：800V车企布局
400V到800V哪些零部件和元器件需要升级？
一项新技术的普及显然会存在各种技术攻关点和挑战点，“三电”系统是新能源汽车的核心，直接影响整车的性能表现。
首先，电机方面，对轴承防腐蚀、绝缘要求增加。
具体来看有以下几点：
  • 轴电压的产生：电机控制器供电为变频电源，含有高次谐波分量，逆变器、定子绕组、机壳形成回路，产生感应电压，称为共模电压，在此回路上产生高频电流。由于电磁感应原理，电机轴两端形成感应电压，成为轴电压，一般来说无法避免。
  • 转子、电机轴、轴承形成闭合回路，轴承滚珠与滚道内表面为点接触，若轴电压过高，容易击穿油膜后形成回路，轴电流出现导致轴承腐蚀。
  • 800V的逆变器应用SiC，导致电压变化频率高，轴电流增大，轴承防腐蚀要求增加。
  • 同时，由于电压/开关频率增加，800V电机内部的绝缘/EMC防护等级要求提升。

图：800V应用SiC造成轴电流增加大而击穿油膜风险增加
电控方面，800V下SiC的耐压、开关频率、损耗表现优异，将替代Si基功率半导体。
以Si-IGBT为例，450V下其耐压为650V，若汽车电气架构升级至800V，考虑开关电压开关过载等因素，对应功率半导体耐压等级需达1200V，而高电压下Si-IGBT的开关/导通损耗急剧升高，面临成本上升而能效下降的问题。
除此以外，SiC功率器件还在车载充电器、充电桩等有所应用，具有实现高功率密度与优化系统总成本的优点，其技术可以有效地提升800V电驱动系统电机和电控的整体效率，满足应用的兼容性和可靠性要求。

图：车/桩上功率半导体均有望从Si基转向SiC
电池方面，对负极快充性能要求提升。
动力电池快充性能的掣肘在于负极，一方面石墨材料的层状结构，导致锂离子只能从端面进入，导致离子传输路径长；另一方面石墨电极电位低，高倍率快充下石墨电极极化大，电位容易降到0V以下而析锂。所以，对电池负极快充性能要求提升势在必行。
800V电驱动的其他零部件和元器件，如OBC/DCDC、高压继电器、熔断器、连接器、充电桩等都需要进行升级，这对汽车研发设计者带来较大的挑战。
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