高压800V架构综述

2023

EVH1000

电动车千人会

随着对电动汽车的普及，充电焦虑变成当前电动车用户最关心的话题之一。那么怎么解决充电的焦虑呢？

简单来说，充电像加油一样便利！这里便利有两重含义，像加油一样快；像加油一样方便，不太远就有充电桩，充电补能网络完善。第二个比较好理解，就是到处都有桩，那第一个像加油一样快要怎么实现啊，就要聊到这篇文章要讲的800V高压架构。

我们先聊一下800V架构是怎么出现的。

时间回到2012 年5月6号，美国洛杉矶第 26 届世界电动汽车大会上，正式成立了“快速充电协会”随后通用、福特、克莱斯勒、大众、奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷共8家美德主要车企就建立统一的电动汽车快速充电标准发表声明，随后宣布联合推广 CCS（Combined Charging System联合充电系统）标准。CCS充电标准在推广和演化过程中，逐渐出来了一个声音，“一杯咖啡的时间，充的电可以让车行驶上百公里”，这是多么朴素的愿望啊！这个声音保时捷听到了，保时捷心想我是做豪车的啊，我的车耗电肯定厉害，毕竟品味在这摆着呢，但好在我有钱，我可以用不一样的新技术来解决这个问题。话说，日本也受此启发，产生了另一个朴素的愿望，一杯茶的时间，充满电，然后做了一个叫做CHAdeMO的充电标准。

保时捷Taycan，电池容量93.4度，NEDC（一种已经被淘汰的评价续航的工况标准）续航里程465公里，要想一杯咖啡（10分钟以内）能跑上百公里，那么按照100公里算，100km/465km*93.2kWh=20kWh，也就是需要在10分钟内充满20kWh（度）的电量，这样就需要充电功率是20kWh/10min=120kW。但保时捷显然不满足于100公里，至少也要做到155公里！所以保时捷把平均充电功率定在了186kW这个级别。186kW，而且还是平均值，最大值大概有270kW级别（最新2023版Taycan已经把这个数字提升到了350kW）。

270kW，按照400V的电池，一算，P=U*I，那么I自然等于P/U了，270kW/400V=657A，平均的电流也有186kW/400V=465A。这个电流很大啊，一般的线根本承受不了，发热很严重，怎么办呢，难道要做女生手臂那么粗的线缆，这样一般人也拿不动啊，不行，必须想办法！

既然P=UI，我保持P不变时，增加U，不就可以减少I了吗？太聪明了！基于这样一个“一杯咖啡的时间，充的电可以让车行驶上百公里”的朴素愿望，加上一个P=UI中学物理公式，Taycan推出了划时代的全新技术，800V高压架构。

Taycan首发车型搭载了一套总重630kg三元锂电池包，总电量为93.4kWh，额定电压为722.7V，包含396个3.65V/66Ah三元软包电芯，采用两并方案，396*3.65/2=722.7V，66Ah*2=132Ah，722.7V*132Ah=95.4kWh（有些电放不出来，所以与上面的93.4kWh略有偏差）。

这个电池最高电压835V，超过了800V，这就是800V高压架构称呼的来源。

搭载了这样一款电池之后，整车所有的高压部件也都需要跟着调整：

有些开发了800V的，譬如电驱系统，做了一个前驱190kW，后驱335kW，其中这个后驱还是一个两档的方案，速比1:8和1:15。

有些实在搞不定，还用400V的，又额外添加了800V到400V的双向DCDC(直流直流)模块。通过这样一整套800V高压架构，几乎把车里电动化相关的所有部件都折腾了一遍，带来了什么效果呢？

百公里加速2.8s！

平均充电功率186kW！（这是数值在2020年时行业No.1，Model 3 V3快充的充电平均功率其实只有151kW）

充电一杯咖啡时间（10分钟）续航155km！（这个数值不如Model 3 V3快充的10分钟充电续航196km，原因是Taycan是电老虎，与Model 3 V3比，充的更多跑的更短）

话说，这个朴素愿望的声音，TESLA也听见了，不过TESLA的想法是，不就是线太粗吗？粗的原因不就是热量太多吗？好，我解决热量冷却的问题，给电线做液冷！所以TESLA走的是液冷超充的路线，而保时捷走的是800V高压架构的路线。你说国内现在在做啥，国内走的800V高压架构的液冷超充。果然集大成者还得看我天朝！

Taycan的800V高压架构推出后，几乎所有车企都看到了800V高压架构的价值，之后各种800V高压架构的车型如雨后春笋，一个接着一个。

讲完了800V高压架构出现的历史，大家估计也明白了，什么是800V高压架构：1、首先你电压得上来啊，你拿一个450V说是800V高压架构也不合适吧？2、再次，你得有所得啊，要不光为了提升电压而提升电压，没意义啊，其实还花钱，一定要为了充电性能的提升，为了实现这个朴素的愿望才有价值。所以就是这两点：电压平台提升到800V左右、提升超充性能。

800V高压架构的定义

而且需要注意的是，这里给800V起的名字叫800V高压架构，800V不是单纯的技术，800V也不是车型平台，800V高压架构是一个汇聚了大量技术，并且可以模块化应用在多个车型平台里的电气化架构。

前面讲了Taycan不得已做了一个800V到400V的双向DCDC(直流直流)模块，不做行不行？可以的，这就是800V高压架构的分类了：

讲这个之前，先看一下整车里的能量流：

纯电动汽车的整车能量流

那么，我们对于800V高压架构的分类就是按照这三个能量流来的，充电能量流一定是800V的，要不还玩啥啊？所以自然就有了四种排列组合：

800V高压架构的分类

这四种到底哪种好呢？简单来说，局部800V高压架构是考虑当下的各种资源限制、技术限制等等做的当下方案，而完全800V高压架构才是未来的方向。

前面讲了，电压提升到800V左右，多左，多右啊？551V算800V高压架构吗？我比较好说话，我的意见是，算！且看这张图。

800V高压架构的电压特征

这几个阶段既是技术逐步发展的阶段，也是车企面对不同整车应用场景的不同选择。

先说600V：额定电压一般在600V左右，同时这个电压的车型有一个非常明显的特征，最大电压不超过750V，当然最高电压也别低于600V了，要不实在不好意思说是800V高压架构了。为什么750V的限制呢？主要是两点大的考虑：一是充电桩生态，充电桩的最高输出电压有500V、750V、1000V，当前大部分的充电桩还是750V的，那么电池最高电压控制在750V以内就可以在直流桩上直接充电（否则需要一个升压模块，不管从500V升到750V，还是从750V升到1000V都需要这个模块，这里不详细展开具体方案了），这样就意味着电池电压不超过750V的时候，当下的充电生态很友好；二是当前现有的电机控制器系统不需要做很大的变更，现有的IGBT模块或SiC模块（电机控制器里的负责直流到交流能量转化的模块）可以直接应用，重点考虑电压提升带来的设计影响即可；同时电机系统里的绝缘老化也基本是因为发热引起的热老化，一般不存在因局部放电引起的电气老化（局部放电PDIV，这是另一个很大的专题，有兴趣的可以看一下T/CEEIA 415团标，里面系统的介绍了电机绝缘）。所以看了这俩点就明白了，适合现有充电桩生态，电机电控没有本质技术变化，所以这就是很多车企的选择，譬如全文提到的551V就是小鹏G6的额定电压（最高电压650V，最大充电功率280kW），这也是800V高压架构，因为电压确实高了，而且充电性能也提升了。

再说800V：额定电压一般在800V左右，最高电压一定超过750V，一般在八百多到九百多V之间。业内有很多典型的最高工作电压，如：

数据来源：各车企公开数据 

制表：知乎-纳兰若水

注1：因为该车型未上市，所以该功率为网传信息，不确保准确性。

注2：未获取准确电池最高电压值。

注3：未获取准确最大充电功率，宣传材料上看到“可以在480kW的充电功率下快充”。充电桩最大功率与车辆充电功率不是一个概念，充电桩生态必须前置才行，有空再讲一下充电桩的发展。

从上面基本可以看到一个规律，现在电压越做越高，因为都想把充电功率做的更大一些。回到最初那样一个朴素的愿望，以及P=U*I这样一个公式，这就是做800V高压架构的意义之所在。

这个电压之下，之前积累的经验就不够了，电机控制器都得使用SiC了，内部的软硬件设计也有很多需要关注的点（偏专业不详细展开，如电压尖峰的抑制、SiC的短路特性应对、高电压下EMC的处理、高开关频率的软件策略、不同开关频率下系统效率的优化等等），同时电机的绝缘一定一定要额外关注电气绝缘老化（绕组局部放电PDIV），总之，这是一个新的技术挑战，但并不是不可解决的挑战，投入更多研发资源，使用更好的材料，实施更严格的验证，工程技术人总能得到期望的目标。

最后说1000V：额定电压在1000V左右，具体是多少，我现在给不出来，因为整个行业也在探讨。当下最核心的问题是电机控制器里的SiC功率模块应该选择多少V耐压平台的，前面用的都是1200V耐压平台的IGBT/SiC功率模块，现在肯定不够了（因为电池最高电压与电机控制器模块耐压级别之间必须有足够的余量，否则会引起电机控制器的损坏），那到底是把现在高铁上用的1700V耐压功率模块做一个汽车级别的产品出来呢？还是重新开发一款1400V左右耐压级别的模块呢？现在还没有答案，但国际主流的功率半导体厂商已经在做这个探索和规划了，但都还没有落地。这个需要从整车场景、车企规划、车型定义、电压平台定义、功率模块定义、芯片晶圆定义，这样一条线上来通盘考虑的，前端车型需求在拉动，后端芯片技术也在发展，待前端与后端双方会师有了清晰的落地方案后，1000+V的800V高压架构将很快成为现实，那些关于“一杯咖啡”、“一杯茶”的朴素愿望将更好的被实现。

我的演讲材料里面后面还有几个题目，如：

【3.1 800V 性能提升】

【3.2 800V 成本变化】

【3.3 800V 效率变化】

电压提升对于充电性能到底提升多少？（国标直流桩上提升20%-50%，超充桩上看电芯充电倍率）

超充对电芯的要求是什么？（电池容量*充电倍率几C=最大充电功率）

800V高压架构到底省不省钱？（真的800V高压架构不省钱）

800V高压架构到底能不能提升效率？（800V高压架构不提高效率，除非花钱--指的是上SiC。这个话题是专门用来驳斥某很火的视频的，该视频链接会在参考资料里给出。）

等等深度技术问题，我下次再更新。

发现“分享”和“赞”了吗，戳我看看吧