800V高压系统
1.? 800V是什么
800V高壓系統的稱呼源自于整車電氣角度。當前主流新能源整車高壓電氣系統電壓范圍一般為230V-450V，取中間值400V，籠統稱之為400V系統；而伴隨著快充應用，整車高壓電氣系統電壓范圍達到550-930V，取中間值800V，可籠統稱之為800V系統。
800V高壓系統的典型特征在于電壓平臺。快充技術的核心在于提高整車充電功率，要提高整車充電功率，技術手段上要么加大充電流要么提高充電電壓，充電電流加大意味著更粗更重的線束、更多的發熱量以及更多附屬設備瓶頸，而充電電壓提升則有更大的設計自由度，這直接推動了400V電壓平臺向800V電壓平臺轉換。
400V電子電氣架構（來源：EDC電驅未來）
800V電子電氣架構（來源：EDC電驅未來）
400V分支下，大部分的標桿企業已經從150kW往200kW開始努力，而800V快充的設計，也開始從350A的分水嶺，往500-600A的更大電流去設計。
400V快充的進化路徑（來源：旺材動力總成）
800V快充的進化路徑（來源：旺材動力總成）
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2019 年 4 月保時捷 Taycan Turbo S 全球首發，800V全球首款純電動車型誕生。性能上，最大充電功率可達320kW即一般120kW快充樁的2~3倍；高壓動力電池，前驅動電機，后驅動電機，車載充電機和PTC部件均采用了800V電壓平臺。
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2020 年 12 月 2 日，現代汽車集團全球首發了全新電動汽車專用平臺 “E-GMP”, 該平臺同樣可以實現800V功能。性能上，最大充電功率350kW，支持電池充電由10%到80%僅需18min；全部部件包括高壓動力電池，前驅動電機，后驅動電機，電池加熱器，座艙加熱器以及高壓空調，均采用了800V電壓平臺。
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2.? 800V優勢
第一，充電功率能做到更高，消除充電時間焦慮。
新能源汽車普及過程中，續航和充電速度是兩大短板。相較于燃油車，大部分新能源汽車續航里程低于600公里，普遍低于燃油車的續航里程，較難滿足城際間長里程行駛需求。另一方面，現有的充電技術需要消費者等待40分鐘甚至更久才可充滿，而燃油車的加油過程僅需要5分鐘，對比之下補能效率更低。400V系統下200kW左右的充電功率會成為很多車輛設計的極限，而800V高壓系統可以將極限突破到400kW，這種情況下如果按照長續航車輛電池100kWh@20%-80%充電，僅需9分鐘，基本等于傳統燃油車加油的時間，完全消除充電時間焦慮。
不同電壓平臺的充電功率（來源：旺材動力總成）
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第二，快充系統成本低。
市面上也出現基于400V系統的快充，但800V高壓系統可以在高功率充電應用下做到更低的系統成本。短期內800V充電250kW以上充電功率段，長期看800V充電150kW以上充電功率段，800V高壓系統有明顯的系統成本優勢。
第三，快充充電損耗低。
相比400V系統，800V高壓系統充電電流小，電池損耗，線束損耗以及充電樁損耗都可以降低，實現充電節能。根據功率、電壓、電流關系公式𝑄 = 𝑈𝐼，其他條件保持不變，充電電壓或電流其中任一提高即可提高充電效率。
第四，車輛行駛環節能耗低，同等電池容量情況下實現更長的續航里程或者同等續航里程情況下可以實現電池容量削減以及總成成本降低。
相比400V系統，一者800V高壓系統電池、電驅以及其他高壓部件電流小，相關部件損耗和線束損耗以都可以降低；二者伴隨著第三代半導體碳化硅技術的引入，各高壓部件尤其是電驅部件的能耗可以大幅降低，實現車輛節能行駛。
3.? 如何適應800V高電壓平臺
3.1? SiC耐高壓、耐高溫、高頻的優勢，簡直就是為800V平臺量身打造
為什么使用碳化硅半導體相比硅半導體更有什么優勢？
碳化硅在功率半導體層級有顯著性能優勢。相比硅半導體，碳化硅的禁帶寬度是硅的3倍，使其具備在高溫下穩定工作的能力；碳化硅的電場強度是硅的15倍，使其導通阻抗低，導通能耗降低；碳化硅的電子飽和率是硅的2倍，可以有更快的開關速度，開關能耗降低；碳化硅的導熱系數是硅的3.5倍，帶來更好的散熱性能。
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這些優勢有助于高壓部件設計優化和整車優化，主要體現在如下兩方面：
第一，碳化硅MOSFET可以大幅提升逆變器效率以及電驅效率，降低整車能耗。
相比400V系統硅IGBT，無論400V系統還是800V高壓系統，碳化硅MOSFET逆變器損耗均可以降低50%左右，提升電驅效率繼而降低整車能耗。不同級別車輛能耗分析(如圖2) 顯示：從A00級別到大型SUV級別，碳化硅MOSFET電驅產品可以實現整車電耗降低5%-7%即同等容量電池下續航增加至少5%，看數據可能有點繞，說人話就是省錢。
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第二，碳化硅MOSFET在800V高壓電驅系統應用中具備幾乎無可替代的優勢。
隨著高耐壓的IGBT阻抗升高，頻率性能下降，由400V系統升高到800V系統后，在同等頻率下，Si-IGBT器件的導通損耗、開關損耗都有顯著的上升，如果在800V高壓系統領域走硅IGBT技術路線的話，就會出現成本上升但效能下降的問題。所以在當下800V高壓電驅領域，碳化硅MOSFET是高效電驅的唯一選項。
3.2? 800V高壓系統下汽車系統架構會出現哪些變化？
有碳化硅技術加持的800V高壓系統有諸多優勢，從趨勢上判斷800V高壓系統未來將成為大功率充電技術（>200kW）的主流方案。
但是，技術的發展不是一蹴而就的，受產業鏈慣性影響，800V充電樁以及800V車載高壓部件等配套短期內還不完善，不足以支撐終極800V高壓系統的快速推廣，當下需要重點考慮兩點：兼容400V充電樁和800V充電樁應用；兼容某些400V車載部件應用。這就衍生出五種不同的800V高壓系統下汽車系統架構設計方案，如下表：
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3.3? 800V高壓系統架構下三電系統是否有變化，如何保證安全可靠？
（1）三電部件共性耐壓絕緣設計挑戰：
常規設計方面，一者電氣部件主功率回路相關的電氣間隙、爬電距離要重新設計；二者高低壓部件的信號隔離回路也需要重新設計以應對耐壓絕緣問題；三者使用更高耐壓的絕緣材料。特殊設計方面，比如涉及到電氣、磁、熱、機械等多方面因素的電機部件，可能存在局部放電問題。
（2）電池包技術挑戰：
充電功率提升后，電芯充電倍率將由1C提升到>=3C。在高充電倍率下，一方面將造成活性物質的損失，影響電池容量和壽命；另一方面，鋰枝晶一旦刺穿隔膜，將導致電池內部短路，造成起火等安全風險。
（3）電機技術挑戰：
直流母線電壓提升后，電機的絕緣距離增加較多，需要考慮額外的絕緣設計，同時高電壓會導致“電暈”現象產生，如何保證全壽命電疲勞是一個對成本和技術的雙重考驗。另外由于電壓的提升，改變了原400V電機功率扭矩配比，需要重新為800V設計電磁方案，勢必帶來產線投資的增加。除此之外還有軸電流導致的失效風險加劇的挑戰。綜合而言，在800V架構下，如何以較低的成本來滿足客戶的扭矩、功率和效率要求，需要一定技術門檻，是個巨大挑戰。
（4）電機控制器技術挑戰：
首先，800V電機控制器設計必須考慮高功率密度、高耐熱、高頻率切換應用下的產品可靠性。其次，伴隨著800V電壓以及碳化硅逆變器頻率的提升，逆變器內部du/dt大幅提升，這帶來逆變器EMC設計的巨大挑戰。
（5）其他部件技術挑戰：
800V OBC、800V DCDC、800V電池高壓繼電器/熔斷器/連接器、充電樁等都需要進行升級，這對汽車研發設計者帶來較大的挑戰。
參考：
1.旺材動力總成：解讀|高電壓平臺技術解析
2.旺材動力總成：800V高電壓平臺，能治好補能焦慮？
3.EDC電驅未來：電動汽車的800V高壓平臺技術
4.EDC電驅未來：800V高壓系統的驅動力和系統架構分析——為什么是800V高壓系統，及其挑戰？
總結
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