从去年开始，国内的车企纷纷宣布上马基于800V平台架构的产品，800V高压平台具有快速充电、长续航里程、更好的操控性能等优势，已成为时下电动汽车界的不二选择。而要从400V提升到800V，面临不少的挑战。
作者｜王丽英 校对｜萨米
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两年前，保时捷电动跑车Tycan将电动汽车主流的400V平台升级到800V，在动力总成、充电性能、加速性能等方面，为电动汽车树立了一个新标杆。随即，800V高压平台以超预期的速度在电动汽车领域渗透，从去年开始，国内的车企包括比亚迪、吉利极氪、北汽极狐、长城蜂巢、广汽埃安、东风岚图、小鹏汽车等纷纷宣布上马基于800V平台架构的产品，800V高压平台俨然成为时下电动汽车界的不二选择。
800V系统趋之若鹜背后：充电时间、续航里程电动汽车企业不惜加大投入纷纷上马800V平台，显然有背后的刚需驱动。相比燃油车，电动汽车要想获得更多消费者青睐，则面临着不断提供能吸引更多受众的创新解决方案的挑战。但与燃油车相比，一方面，目前大部分新能源汽车续航里程普遍低于燃油车；另一方面，现有的充电技术，快充也需要几十分钟才能充满，慢充则达数小时才可充满，而燃油车的加油过程仅需要几分钟。对比之下，续航里程和充电速度已成为电动汽车发展的两大“拦路虎”。相应的，车企也对充电速度、续航里程想尽办法去提升，以期满足类似“充电5分钟，续航200公里”等消费者期望的快速补能的刚性需求。但要想真正做到充电快、续航长，电动汽车需要在电池供电系统上做文章，将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，采用高压供电、高压充电是一种最直接的解决方案。电源芯片供应商PI公司的一位资深工程师告诉集微网，采用高压方案可以给电动汽车带来多方面的益处。他解释说，对于电动汽车最根本的核心部件——电机来说，电压越高，电机的转速就越快，可以更少的电流提供相同的功率，从而提高电机的整体效率。电流减小，则所用的线缆体积变小，从而减小电机尺寸、减轻重量，降低材料成本。而且，减轻重量还有利于提高车辆的续航里程、增强操控性和加速性。对于充电环节，当电压提高时，电流会减小，从400V翻倍到800V，在相同功率下，电流将减半，产生的热量和功率损失也会随之减少，就会有更多的功率进入电池，进而加快充电速度。 从已经上市的800V平台车来看，保时捷 Taycan在240kW的快速充电站里仅需22.5分钟，即可将电量从5%充电至80%；起亚EV6 汽车，可在18分钟内从10%充电至80%；极狐阿尔法S华为HI版可以充电10分钟，里程增加200公里。快速充电、长续航里程、更好的操控性能等优势，让车企开始选择从400V向800V、1000V甚至更高的电压平台迁移，尤其是800V高压快充平台，已经被越来越多的整车厂提上日程。
从400V迁移到800V，电源设计上三大挑战亟待解决目前市场上乘用型电动车主要是400V电池系统，电动巴士和电动卡车是600V电池系统，而要将乘用车从400V提升到800V，电源系统设计上面临不少挑战。首先，随着电压的提升，原有硅基IGBT功率模块效率低的弱点已无法满足需求，英飞凌科技大中华区高级总监仲小龙在集微直播节目中表示：“电动汽车核心的功率器件会从原有硅基的产品为主走向以SiC和硅基共存的局面。”英飞凌预计，到2025年汽车电子功率器件领域采用SiC技术的占比会超过20%。而目前SiC材料外延生长缓慢导致的产能不足以及晶圆良率问题，都为适用于车规应用的SiC相应器件的供应带来挑战。其次，电动汽车中的高压连接子系统需要一个高压到低压的电源，提高到800V后需要更高的隔离度和电压额定值。一位多年从事汽车电源系统设计的业内人士告诉集微网，对于800V额定电压的电池，在实际应用中，由于允许电池电压在再生制动或正常充电期间升高以及降额考虑，通常需要额定耐压为1.3kV的开关器件，需要搭配1.5kV汽车级MOSFET使用，而这些高压器件在以前的400V平台下是极少用到的。 再次，电动汽车需要低电压启动，通常为30V至40V。这是因为，车辆安全系统需要首先上电，以确保在任何操作开始之前或可能发生故障之前，所有的控制电子装置都能运作。这就要求这个电源系统的工作电压需要介于30V到超过900V的超宽的电压范围内。
面对上述这些新挑战，电源IC供应商在积极应对。PI公司最近推出的集成1700V碳化硅(SiC)MOSFET的InnoSwitch3-AQ系列开关IC，就可以解决800V系统所面临的上述设计挑战。该公司还推出了SCALE EV门极驱动器产品，具有1200V的额定耐压，也可以满足800V平台要求，同时可支持碳化硅(SiC) MOSFET和基于硅的IGBT开关。PI公司的InnoSwitch3在电源IC市场上已经久负盛名，高集成、高效率、高可靠的优势使它在电源工程师中颇受欢迎。InnoSwitch3-AQ系列是专门用于电动汽车逆变器、电池管理和恒温控制应用的车规产品，符合AEC-Q100标准，将初级和次级控制器以及符合安全标准的反馈电路集成到单个IC中，可提供30V至1200V的超宽输入电压范围。该系列最近新增的器件型号集成了额定耐压1700V的碳化硅(SiC)初级开关MOSFET，新IC可提供高达70W的输出功率，可满足600V和800V纯电池和燃料电池乘用车，以及电动巴士、卡车等应用。从InnoSwitch3-AQ产品的特性来看，它集成了碳化硅MOSFET，并且将耐压提升到1700V，顺应了电动汽车高压平台下对高电压、高效率器件的需求潮流。它所采用的安全隔离型高速链路FluxLink，可显著提高可靠性。InnoSwitch3-AQ的超宽输入电压范围，有助于电源工程师实现精确的输出电压调整、低元件数和灵活配置选项，从而节约成本，降低测试要求，进一步提升可靠性。据悉，InnoSwitch3-AQ以及SCALE EV门极驱动器产品已经在主流汽车品牌中开始应用，尤其是800V平台车型中。
800V落地是一大系统工程，任重道远尽管车企摩拳擦掌，对高压平台跃跃欲试，但800V高压平台的落地却是一大系统工程。一方面，适应新高压平台的零部件的开发以及与整车的集成协同工作，是高压平台落地的基础，对于核心的三电系统会有相应的升级和兼容性问题出现，会带来高压、高温、高速、高效的各种挑战，封装材料在绝缘、耐高温方面也会有更高的要求，高压平台下，各部件测试标准和实验验证的流程都需要有一套全新的体系。另一方面，除了元器件级别及汽车电源系统设计上的挑战以外，从整车到基础设施的整体配合变革都需跟上。这要求电池、充电桩、电网建设及相应附件供应都要配合联动。在电池环节，为了追求超级快充，需要4C甚至更高倍率的电芯技术，同时又不能损失太多电量，对电芯的研发挑战非常大；在充电桩建设上，目前国内是以慢充为主，快充为辅，随着800V平台从高端车型向更多车型普及，适应快充的大功率充电设备建设要跟上；同时，大功率快充对电网的冲击影响也要考虑到，要在电网建设上为超级快充提前做好准备。只有车、桩、充电网络配套联动升级，才能让终端消费者真正获得800V平台下更优异的用车体验。
图源｜网络
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