新能源汽车高压平台升级到800V时对动力系统提出了那些新需求？

在新能源汽车的应用中，为了进一步提升车辆充电效率，从而缓解充电焦虑，当下相关主机厂纷纷将车辆高压平台从传统400V提升到了800V，这一过程不仅仅是对电压等级的简单提升，其中还涉及到整个动力系统和电子电气架构的重大改变。那么在新能源汽车高压平台升级到800V的过程中，对动力系统都提出了那些新需求呢？

首先，当下新能源汽车的高压电气系统主要包括：动力电池系统、高压配电系统、驱动系统、高压设备和高压线束系统这几大部分。其架构如下：

图1 新能源汽车高压架构

其中动力电池系统主要包括：电芯、相关热管理组件、BMS、相关防护器件、高压线缆、高压插件以及相关隔离器件，如下：

图2 新能源汽车动力电池系统

当电压平台被提升到800V后，首要要求更多的电池单体通过串/并联的方式使得动力电池包的总电压可输出预期值，而当更多的电池单体组成在一起时，相较于传统400V平台，若不进行技术迭代，那么总成产品的体积、重量将得到不小提升。因此为确保新电压平台的电池包具有同等甚至更小的使用空间，便要求电池单体具有更高的功率密度，并以更高的封装技术让电池包同样具有更高的功率密度。所以，此时对于电池单体及封装技术首先提出新材料、新设计需求。

更高的电压平台、更大的功率输出意味着系统运行时所产生的热量也将更高，因此需要改进电池的热管理系统，通过更高效的控制以及更精准的热量管理方式去确保动力电池始终在适宜的温度范围内工作。此时BMS则需要新的算法/策略去监控和管理更高电压下的电池状态，并通过均衡电路确保电池单元之间的电压平衡，从而提高整个电池组的性能和寿命。

在高压电路防护方面，传统的被动防护方式将逐渐被主动防护方式取代，这对于熔断器等产品提出了新的需求，不仅在耐压等级上需满足新电压平台，同时还需具备基本的自主防护功能。

作为连接高压组件的桥梁，此时的高压线束系统需要在绝缘性能、耐温性能、安全性、环境适应性等多个方面进行改进和优化，这对于其所使用的材料、屏蔽层设计、连接器设计等将提出新的需求。

图3 车载连接器分布

高压配电系统：在新能源汽车中，高压配电系统是连接动力电池和其他高压部件的核心部分，负责分配和管理车辆内的高压电力，其关键组件有：预充电路、DC-DC、OBC、熔断器、高压继电器、热管理组件以及高压线束系统等。如下：

图4 新能源汽车高压配电系统

当电压平台升级到800V时，首先要求所有的高压组件在耐压等级需能够承受800V电压，同时为了充分利用800V平台的优势，要求组件需要提高转换效率，从而减少能量的损失，这其中对于DC-DC、OBC等关键组件将要求其逆变器中的功率电子器件在半导体材料上进行革新，此时碳化硅（SiC）等新型半导体材料将被应用。为了保持系统的高效率应用，要求对于这些电控组件在电路拓扑设计方面进行升级，以支持更宽的电压范围。通过材料升级、电路设计、结构优化，以进一步提升产品的功率密度，从而让产品的应用体积和重量得到下降。

与动力电池系统一样，此时的热管理组件、高压线束系统需在新电压平台下得到进一步升级，以确保系统应用的安全性与高效性。

驱动系统：作为新能源汽车的核心系统之一，驱动系统主要包括电机、电机控制器、减速器以及其他辅助系统。

当高压平台升级到800V时，为降低驱动电机局部放电风险、防止轴承腐蚀等现象的发生，同时优化应用舒适性，此时对驱动电机在绝缘材料、冷却系统、噪声和振动等方面提出了新的需求。而在此新需求下，业界通过修改定子绕组配置方式、使用厚漆膜、薄漆膜+PEEK膜包等技术的应用，从而诞生了扁线电机和电磁扁线技术、同时通过陶瓷轴承、导电环、导电油脂轴承等方案的应用去减少电机轴承的电腐蚀现象。

基于整车高效、舒适、安全应用的背景，同时要求新高压平台下的驱动电机在体积、重量、效率等方面需得到进一步优化。

在电机控制器方面，通过碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等新型半导体材料的应用以提升产品的耐压等级及功率密度，以确保系统的安全性和可靠性，并要求其通过改进系统散热设计，进一步确保在高电压运行时不会系统过热。

随着电压水平的提升，系统功率输出也将增大，此时要求在该应用背景下应用的减速器需使用更坚固耐用的材料、新的齿轮设计，以承受更高的扭矩和转速输出，并要求进一步改进润滑系统，以确保齿轮在高速运转时得到充分润滑，从而减少磨损。

高压设备：这里提到的高压设备主要是指加热系统（如PTC）、空调压缩机以及相关热管理组件。当高压平台到800V时，首先要求PTC加热器需要能够支持800V的电压等级，以确保在高电压下依然能够高效工作，同时为了提高加热效率，其需要采用如陶瓷加热元件等更高效的加热元件，以减少能量损失。为确保在800V高压环境下PTC加热器的安全性，更高耐压等级的绝缘材料应用也将被提出，同时加热元件与壳体之间的绝缘设计也将得到进一步优化。

同理，空调压缩机也需要能够支持800V的电压等级并通过采用更高效率的电机设计，以提高压缩机的整体效率。在热管理方面需改进散热设计，确保空调压缩机在高电压运行时不会过热，同时设置过热保护机制，以防止过热造成的损坏。

图5 800V平台对高压系统需求及策略方案

当整车高压平台升级到800V时，除了与高压直接相关的系统组件在材料、设计等方面有新的需求被提出，为了在新平台下带来更快的充电速度、更高的效率以及更长的续航里程应用，在整车系统的控制策略方面也提出了的新需求，这些需求主要涵盖效率提升、精准控制与响应、热管理、故障检测与预防以及负载适应性等方面。对此需求分别释义如下：

•效率提升：通过优化各个节点的控制算法，去提高系统效率，从而减少能量损失。

•精确控制：需在更高压平台下实现更加精确的控制，提高响应速度和控制精度。

•热管理：优化热管理策略，确保在新高电压下持续运行的系统组件不会因过热而产生故障。

•故障检测与预防：各节点需增强故障检测功能，确保在新高电压平台下运行时能够及时发现并处理异常情况。

•负载适应性：增强负载适应性，能够根据负载的变化自动调整工作状态，以维持高效率。