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800V高压系统的驱动力和系统架构分析——架构选择和产品挑战是什么？

2022-02-27 11:22:25·  来源：联合电子  
　
上回我们分析了800V高压系统的市场和技术驱动力，实际800V应用下有哪些整车电气系统架构，孰优孰劣？相关800V产品技术实现的挑战有哪些？合适的产品有哪些？800V
上回我们分析了800V高压系统的市场和技术驱动力，实际800V应用下有哪些整车电气系统架构，孰优孰劣？相关800V产品技术实现的挑战有哪些？合适的产品有哪些？
800V高压系统下
汽车系统架构会出现哪些变化？
有碳化硅技术加持的800V高压系统有诸多优势，从趋势上判断800V高压系统未来将成为大功率充电技术（>200kW）的主流方案。
但是，技术的发展不是一蹴而就的，受产业链惯性影响，800V充电桩以及800V车载高压部件等配套短期内还不完善，不足以支撑终极800V高压系统的快速推广，当下需要重点考虑两点：兼容400V充电桩和800V充电桩应用；兼容某些400V车载部件应用。这就衍生出五种不同的800V高压系统下汽车系统架构设计方案，如下表：
图1 常见800V高压系统架构综合比较图
  • 第一种方案：车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；通过电驱动系统升压，兼容400V 直流充电桩。
图2 第一种800V高压系统架构图
  • 第二种方案：车载部件全系800V，新增DCDC兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；通过新增400V-800V DCDC升压，兼容400V 直流充电桩。
图3 第二种800V高压系统架构图
  • 第三种方案：车载部件全系800V，动力电池灵活输出400V和800V，兼容400V直流桩方案。其典型特征是：直流快充、交流慢充、电驱动、动力电池、高压部件均为800V；2个400V动力电池串并联，通过继电器切换灵活输出400V和800V，兼容400V直流充电桩。
图4 第三种800V高压系统架构图
  • 第四种方案：仅直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V，新增DCDC部件进行电压转换器方案。其典型特征是：仅直流快充和动力电池为800V；交流慢充、电驱动、高压部件均为400V；新增400V-800V DCDC，实现400V部件与800V动力电池之间的电压转换，兼容400V 直流充电桩。
图5 第四种800V高压系统架构图
  • 第五种方案：仅直流快充相关部件为800V，其余部件维持400V，动力电池灵活输出400V和800V方案。其典型特征是：仅直流快充为800V；交流慢充、电驱动、负载均为400V；2个400V动力电池串并联，通过继电器切换灵活输出400V和800V，兼容400V和800V 直流充电桩。
图6 第五种800V高压系统架构图
以上五种800V高压系统架构方案在实际整车上都有一定适用性，通过更详细的性能、系统成本以及整车改造工作量评估，我们认为方案一800V高压系统架构方案即“车载部件全系800V，电驱升压兼容400V直流桩方案”拥有综合优势，预测短期内能够快速推广。
800V高压系统架构下
三电系统是否有变化，如何保证安全可靠？
整车400V系统升级到800V高压系统，直接的影响是电气电压提升带来耐压和绝缘的可靠性设计问题，这个是对所有三电部件的共性问题；潜在的影响有充电功率提升、驱动功率提升以及碳化硅技术的极致发挥带来三电产品设计上的诸多挑战：
三电部件共性耐压绝缘设计挑战：
常规设计方面，一者电气部件主功率回路相关的电气间隙、爬电距离要重新设计；二者高低压部件的信号隔离回路也需要重新设计以应对耐压绝缘问题；三者使用更高耐压的绝缘材料。特殊设计方面，比如涉及到电气、磁、热、机械等多方面因素的电机部件，可能存在局部放电问题。
电池包技术挑战：
充电功率提升后，电芯充电倍率将由1C提升到>=3C。在高充电倍率下，一方面将造成活性物质的损失，影响电池容量和寿命；另一方面，锂枝晶一旦刺穿隔膜，将导致电池内部短路，造成起火等安全风险。
电机技术挑战：
直流母线电压提升后，电机的绝缘距离增加较多，需要考虑额外的绝缘设计，同时高电压会导致“电晕”现象产生，如何保证全寿命电疲劳是一个对成本和技术的双重考验。另外由于电压的提升，改变了原400V电机功率扭矩配比，需要重新为800V设计电磁方案，势必带来产线投资的增加。除此之外还有轴电流导致的失效风险加剧的挑战。综合而言，在800V架构下，如何以较低的成本来满足客户的扭矩、功率和效率要求，需要一定技术门槛，是个巨大挑战。
电机控制器技术挑战：
首先，800V电机控制器设计必须考虑高功率密度、高耐热、高频率切换应用下的产品可靠性。其次，伴随着800V电压以及碳化硅逆变器频率的提升，逆变器内部du/dt大幅提升，这带来逆变器EMC设计的巨大挑战。
其他部件技术挑战：
800V OBC、800V DCDC、800V电池高压继电器/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。
800V高压系统架构下
联电解决方案
为了推动行业800V高压系统的快速发展，联合电子目前推出了800V三合一电桥产品方案、800V充配电三合一产品方案、兼容400V/800V 充电桩的升压控制模块方案以及800V BMS电池控制器等产品，持续为国内和国际OEM提供最佳动力总成解决方案。
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