自從上海車展北汽極狐發(fā)布搭載華為全棧高壓解決方案的阿爾法S車型之后，十多家車企已經(jīng)推出或者正在推出能夠快充的車輛，800V高壓架構(gòu)已經(jīng)成為2021年多個行業(yè)論壇的核心主題。

隨著電動汽車續(xù)航里程增加的邊際效應(yīng)開始降低，從600公里到800公里比之前300到400和500公里帶來的體驗差異不大，同時對體積和重量的要求需要匹配更大的車輛，已經(jīng)不是單純的比例關(guān)系。

快充就成為了下一步動力電池發(fā)展的必然方向，國內(nèi)外車企都開始了充電5分鐘，加電200公里這樣的構(gòu)想來迎合消費者對于快速補電的需求。

▲圖1.2021年主要的車企在高壓化架構(gòu)方面的動向

Part 1 提高充電速度的辦法

●提高電動汽車充電功率的兩條路徑

從總體架構(gòu)來看，提高電動汽車的充電功率主要包含幾個核心要素。我們能走的路徑只有兩條：

○提高電流：

如果我們保留其他的部件不變，選擇提升電流的路徑，主要的限制在于大電流產(chǎn)生的熱損失，這會導(dǎo)致整體的設(shè)計會有很大的差異。電路中的大電流會產(chǎn)生很高的熱損失，因為所有部件（連接器、電纜、電池的電連接、母線排等）的電阻都難免會發(fā)熱。針對電池在充電期間出現(xiàn)過熱的情況，則需要在設(shè)計導(dǎo)電元件和確定尺寸時考慮這些熱損失，以免發(fā)生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。

○提高電壓：

由于上述電流的增大是有極限的，目前極限的電流一般定義為500A，所能達到的功率大約200kW（特斯拉在400V設(shè)計了600A以上的作為嘗試），增加電壓把400V系統(tǒng)切換成800V就是成為一個選擇。這個對于所有的用電部件，都是一個系統(tǒng)性的提升。里面核心的開關(guān)器件還有其他的部分都有了變化。

▲圖2.400V體系下快充的迭代路徑

▲圖3.800V快充的路徑

●高壓快充架構(gòu)

對于當前的車輛升級來看，很重要的是保持原有的系統(tǒng)不變的情況下，來提升快充的體驗。從400V到800V會有很大的改變，所以短期內(nèi)圍繞400V來進行功率升級是一個選擇。當電流越大時，要想以相同的電壓水平傳輸功率而不會過熱，所需的電纜橫截面積就越大。

目前主要的高功率設(shè)計，目標是200kW，也就是持續(xù)5分鐘左右的500A電流，為了匹配這個電流，需要增大車內(nèi)充電插座、充電插座到電池包的高壓線纜、快充接觸器和主正主負接觸器、主熔絲、模組接線排、電芯內(nèi)部接線排的載流能力。

但是從長期來看，要實現(xiàn)5~10min快速充電，打造和加油一樣的充電體驗，需要400kW以上的充電功率，則整車電壓平臺必然要向800V及以上進行演進。而且在充電功率相同的情況下，高壓架構(gòu)下電池系統(tǒng)散熱更少，熱管理難度低，線束直徑更小，成本也更低。

▲圖4.400V和800V電壓作比較

在這個領(lǐng)域，除了車廠以外，華為是特別積極的，而且以全棧高壓平臺解決方案的形式來做了個800V系統(tǒng)。包括OBC車充電，包括電池管理以及動力總成，車下高壓模塊，今年發(fā)布的方案是15分鐘以內(nèi)的充滿30%-80%，兩年以后會再上市7.5分鐘的解決方案，2025年做到5分鐘。

▲圖5.800V系統(tǒng)的供應(yīng)鏈對于高壓架構(gòu)是準備好的

電池安全方面，結(jié)合大數(shù)據(jù)，電化學(xué)機理模型，AI模型等打造了云端電池安全方案AI BMS，基于AI算法的訓(xùn)練，通過數(shù)字孿生的耦合不斷迭代，提升算法效果，做到更快、更準、更精確的預(yù)測電池?zé)崾Э?，保障電池安全?/span>

▲圖6.華為的AI閃充高壓系統(tǒng)平臺方案

當前，可匹配800V及以上高壓快充車型的高壓直流樁嚴重不足。高壓架構(gòu)推廣初期可能需要在車端配備升壓功能。從400V到800V，解決升壓的問題。

800V系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)和機會是多元化的，總體來看，它有這么幾個機會點：

○從電壓拓撲來看，可以實現(xiàn)同電芯的梯度配置，也就是可以分為高配高電壓；低配低電壓的差異化配置。

○從電流方向上面，從起始的350A、500A甚至未來的600A，也可以擴展的支持快充，不斷提高功率。

○由SiC的導(dǎo)入，可以提高整體功率電子的效率和降低體積。

▲圖7.兼容低電壓樁充滿800V的問題

Part 2 充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在整體產(chǎn)業(yè)里還有一塊最重要的拼圖，就是充電網(wǎng)絡(luò)的投資。目前主要的汽車企業(yè)比如大眾、特斯拉甚至是通用汽車，都要自己建立起一套快充網(wǎng)絡(luò)。在設(shè)施端已經(jīng)開始考慮建立符合未來800V需求的充電設(shè)施。在這方面，華為是從充電模塊開始設(shè)計的， 200V-1000V的兼容，基于兩路的500V串聯(lián)輸出，同時實現(xiàn)全負載的高效。

從實際應(yīng)用中，800V高壓平臺對電驅(qū)動也帶來不少難題，如絕緣、軸承電腐蝕和EMC等問題，華為在這方面做了不少的嘗試，通過專利高壓連接器，專利軸承導(dǎo)流防擊穿結(jié)構(gòu)及EMC軟硬件抑制等核心創(chuàng)新技術(shù)，系統(tǒng)性地解決上述難題。以800V系統(tǒng)中軸承防腐蝕為例，它一直是業(yè)界電驅(qū)動產(chǎn)品未解決的難題，當前400V下的電機軸承并不是都會發(fā)生電腐蝕，但是800V下的系統(tǒng)，電機軸承發(fā)生電腐蝕的概率將會直接增加很多。

首先我們要注意的是電驅(qū)動系統(tǒng)中，共模電流產(chǎn)生的軸電壓。電動汽車里面的驅(qū)動電機軸電壓還是以「容性電壓」為主，它的源頭是PWM控制產(chǎn)生的共模電壓，經(jīng)過層層寄生電容進行分壓，最終按照一定的比例分到軸承兩端。高頻感應(yīng)軸電壓產(chǎn)生的機理包括定子繞組與機殼的寄生電容不對稱、共模電路中繞組和機殼之間的漏電流發(fā)生變化、在電機軸上等效出一個共模電流變化和相應(yīng)的感應(yīng)磁通。

通過創(chuàng)新的「富蘭克林」引流技術(shù)，可將軸承上的近60V~80V電壓的電流導(dǎo)出，較好的解決了其對軸承之間潤滑膜耐壓性能的沖擊，從而大幅降低軸承失效的風(fēng)險。

小結(jié)：主流車企已經(jīng)開始加大800V高壓投入，雖然高壓架構(gòu)依然存在部分挑戰(zhàn)，但從總體來看，未來800V高壓架構(gòu)將成為下一代電動汽車主流平臺，2022年將成為中國800V系統(tǒng)的一個元年。