許多電動(dòng)汽車制造商正在從 400 伏系統(tǒng)過渡到 800 伏系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更快的充電和更高的效率。這就是包括特斯拉在內(nèi)的等一些制造商堅(jiān)持不懈的原因。

隨著全球?qū)﹄妱?dòng)汽車（EV）需求的增加，駕駛者希望電動(dòng)汽車具有更好的性能。目前有許多研究項(xiàng)目致力于解決這些難題，但最有前景的是提高電池電壓。如今的電動(dòng)汽車電池通常是 400 伏系統(tǒng)，但電動(dòng)汽車制造商已經(jīng)開始重新設(shè)計(jì)車輛，轉(zhuǎn)向 800 伏架構(gòu)。電池電壓越高，意味著能量越多，充電功率越大，效率越高，性能越好，電機(jī)和逆變器等電動(dòng)汽車組件的重量也會(huì)減輕。但高電壓也帶來了新的挑戰(zhàn)。下面我們就來看看電動(dòng)汽車行業(yè)為何如此熱衷于采用更高的電壓，以及工程師們是如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的。

400 伏或800 伏電動(dòng)汽車架構(gòu)的含義

電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及電池、電機(jī)、傳感器、電子控制、輔助設(shè)備、線路和其他組件。無論是 400 伏還是 800 伏的電池電壓，都會(huì)對(duì)所有部件產(chǎn)生影響。

800 伏系統(tǒng)架構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車中的許多組件。（圖片：保時(shí)捷。）

這些值并不像其名稱所暗示的那樣固定。例如，300 – 500 伏的電池電壓范圍被稱為 400 伏架構(gòu)，600 – 900 伏范圍被視為 800 伏架構(gòu)。轉(zhuǎn)向 800 伏架構(gòu)并不是簡單地連接電池以獲得 800 伏電壓的問題；而是需要通過連接電池來獲得 800 伏電壓。該工作電壓是設(shè)計(jì)汽車中所有其他高壓設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)。

為什么電動(dòng)汽車制造商想要轉(zhuǎn)向800 伏

更高的電池電壓意味著更高的電動(dòng)汽車效率、更高的性能和更好的充電效果。對(duì)于駕駛員來說，這意味著更快的充電和更少的能耗。

充電速度的主要參數(shù)是充電器輸出功率，它取決于電壓和電流。增加充電電流會(huì)導(dǎo)致更多的熱量和能量損失，因此增加電壓是增加功率和獲得更快充電的更好方法。通過雙倍電壓和相同電流，電動(dòng)汽車充電器可以為電動(dòng)汽車提供幾乎兩倍的能量。當(dāng)然，充電器和電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)換器必須重新設(shè)計(jì)，才能承載更高的功率。

800 伏架構(gòu)還降低了能耗。如果電池在電壓增加時(shí)輸出相同的功率，則意味著其電流必須減少。由于發(fā)熱和功率損耗與電流的平方成正比，因此熱損耗隨著電壓的升高而下降。較低的電流還對(duì)電池老化產(chǎn)生積極影響，從而延長電池壽命。

800 伏電動(dòng)汽車架構(gòu)的挑戰(zhàn)

800伏電動(dòng)汽車架構(gòu)具有無可置疑的優(yōu)勢，但仍需克服一些挑戰(zhàn)才能順利將該技術(shù)融入市場。

充電基礎(chǔ)設(shè)施是首要問題。充電速度取決于充電站，大多數(shù)充電站都是為 400 伏電動(dòng)汽車提供電力。為了充分利用更快的充電能力，800 伏電動(dòng)汽車將需要更強(qiáng)大的充電站。

另一個(gè)問題是電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)。800 伏架構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)電路和組件，以確保適當(dāng)?shù)慕^緣、故障安全系統(tǒng)和正確的測試程序，以證明組件在高壓環(huán)境中的可靠性。測試程序必須涵蓋比 800 伏工作電壓高五倍的最壞情況。

800 伏電動(dòng)汽車的設(shè)備成本也往往更高。例如，他們傾向于在電源轉(zhuǎn)換器中使用價(jià)格較高的碳化硅 (SiC) 開關(guān)元件。與傳統(tǒng)硅基轉(zhuǎn)換器 (5 – 6%) 相比，SiC 能夠提高開關(guān)頻率，同時(shí)能量損耗極低 (2%)。然而，由于 800 伏電動(dòng)汽車的電流較低，電線和鏈路可能更粗，冷卻要求也更低。

還有安全問題。較高電壓的系統(tǒng)需要更多的物理空間以避免過壓和電弧等問題。例如，電容器需要極性之間的最小爬電距離以避免電弧。電壓越高，所需的距離越長，意味著電容器越大。這對(duì)于電動(dòng)汽車制造商來說非常不利，他們希望讓一切變得更小、更輕，以提高效率。

800 伏架構(gòu)的不同解決方案

電動(dòng)汽車制造商分析了各種方法來克服 800 伏架構(gòu)的挑戰(zhàn)。存在三種有希望的方法。

第一種方法是讓整個(gè)電動(dòng)汽車的高壓系統(tǒng)在800伏電壓下運(yùn)行，從而無需組件之間進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更快的充電和更高的效率。然而，它需要更多的電動(dòng)汽車重新設(shè)計(jì)和更高的成本。

第二種方法是僅將一些重要設(shè)備（例如電池組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)）置于 800 伏電壓，而系統(tǒng)其余部分保持 400 伏電壓。800 伏和 400 伏設(shè)備之間的電壓轉(zhuǎn)換需求增加了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并且還增加了轉(zhuǎn)換功率損耗。然而，該解決方案需要更少的電動(dòng)汽車重新設(shè)計(jì)和更低的 400 V 系統(tǒng)成本，同時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)更快的充電。

第三種方法是混合解決方案，涉及能夠在充電時(shí)的 800 伏電壓和放電時(shí)的 400 伏電壓之間切換的電池系統(tǒng)。其他高壓設(shè)備保持在 400 伏。這種簡單且低成本的解決方案可以實(shí)現(xiàn)更快的充電速度，但以 400 伏電壓放電意味著無法實(shí)現(xiàn)能耗降低。

隨著電動(dòng)汽車制造商從 400 伏切換到 800 伏，我們可能會(huì)看到所有三種方法。隨著測試程序的發(fā)展和 800 伏組件價(jià)格的下降，我們可以預(yù)期全面過渡到高壓架構(gòu)。對(duì)于需要高功率的重型電動(dòng)汽車，我們甚至可能會(huì)看到超過 800 伏的架構(gòu)。

為什么特斯拉堅(jiān)持推出800 伏電動(dòng)汽車

向 800 伏電動(dòng)汽車的過渡已經(jīng)在順利進(jìn)行。汽車制造商保時(shí)捷、現(xiàn)代、Genesis、起亞和奧迪已經(jīng)提供配備 800 伏電池系統(tǒng)的電動(dòng)汽車。沃爾沃、Polestar 和 Lotus 也致力于 800 伏架構(gòu)。日立汽車系統(tǒng)公司 (Hitachi Automotive Systems) 開始批量生產(chǎn)其 800 伏電池系統(tǒng)。

據(jù)保時(shí)捷稱，保時(shí)捷 Taycan 是第一款系統(tǒng)電壓為 800 伏的量產(chǎn)電動(dòng)汽車。（圖片：保時(shí)捷。）

有趣的是，電動(dòng)汽車先驅(qū)特斯拉并未承諾轉(zhuǎn)向 800 伏架構(gòu)。首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)對(duì)這一轉(zhuǎn)變的價(jià)值提出了質(zhì)疑，他表示目前還不值得花費(fèi)重新設(shè)計(jì)的成本——至少對(duì)于特斯拉 Model Y 和 Model 3 等公司的小型汽車來說是這樣。不過，從長遠(yuǎn)來看，他認(rèn)為 800 -volt 架構(gòu)對(duì)于大量車輛來說是有意義的。

這可能需要一些時(shí)間，但無論如何，電動(dòng)汽車行業(yè)正在轉(zhuǎn)向高壓。