奥伟斯-800V高压系统能带来什么样的车/桩模块升级呢？

奥伟斯-800V高压系统能带来什么样的车/桩模块升级呢？

主要内容：一、电动汽车高压电气系统、二、充电桩电气系统、三、800V平台下车/桩关键组件的升级

一、电动汽车高压电气系统

电动汽车与传统燃油车在能源供给方式上有着本质区别，电动汽车是通过整车高压电气系统将动力电池中所存储的能量传输到整车各个零部件中，从而实现整车的运行。因此高压电气系统对于电动汽车而言，可谓是能源传输的“动脉”。

当前，电动汽车的高压电气系统主要包括：电池系统、高压电控系统、驱动系统、高压设备和高压线束系统这几大部分。

电池系统：主要包括动力电池和电池管理系统（BMS），通过动力电池存储能量，并为整车提供运行所需的能量，是整车的动力来源。

在400V平台的整车上，动力电池输出的电压范围一般在100-400V之间，输出电流能够达到300A甚至更高。在当下被诸多企业推崇的800V高压平台方案中，便是通过提升动力电池输出电压的方式以实现整车高压平台的切换。在动力电池的工作过程中电池管理系统对其电压、电流、温度等参数进行实时监测，在遇到异常情况时，对整车反馈相关信息，并协助整车做出合适的动作。

高压电控系统：主要包括高压配电盒（PDU）、车载充电机（OBC）和电源转换器（DC/DC）等，该系统控制着整车的充放电功能，并为各部件提供电量分配工作。

其中，PDU是动力电池与用电设备的电源和信号传递接口。OBC通过AC/DC整流器和DC/DC 转换器将电网的交流电转换成直流电给动力电池充电，为电动汽车提供交流慢充功能。在用户追求充电效率不断提升的背景之下，同时出于成本、节能等方面的考虑，OBC正在被部分车企舍弃。DC/DC将动力电池提供的高电压转换为12V或24V的低电压，为整车低压电气系统供电。随着整车朝轻量化、集成化方向的发展，分布式零件正往集成一体化方向转型，目前诸多企业已经实现多合一产品的量产。

驱动系统：主要包括驱动电机、电机控制器、减速器等，该子系统通过接收电能并将其转换为机械能，以此来实现整车的驱动行驶。

其中，MCU主要负责驱动电机的控制、能量回收、电流转换等工作，驱动电机则是根据MCU的相关指令将电能转化为转子转动的机械能，并通过减速器输出给车辆的传动系统。减速器则通过齿轮组降低输出转速、提高输出扭矩。

高压设备：主要包括电动空调、PTC加热器和空调压缩机等，提供整车运行中的其他实用功能；

高压线束：将电动汽车的高压设备连接起来，传递高压电源和信号。

二、充电桩电气系统

直流充电桩的电气系统由主回路和二次回路组成，其中主回路主要包括输入断路器、整流模块、支流接触器、熔断器和充电枪等，该部分的功能是将电网的三相交流电转换为动力电池可以接受的直流电并输出给到动力电池。二次回路由读卡器、监控单元、显示屏、电表模块组成，该部分的功能主要是提供与用户的交互。

充电桩作为电动汽车的基础设施，在桩与车的交互过程中，充电桩会涉及到高压电气系统的主要是主回路及相应的冷却系统，而这其中的关键是“整流模块”。

整流模块的功能是将电网输入的交流电整流成直流电，并转换成外部车辆所需要的的电压再输出。一般来说，整流模块会采用两级式变换结构，主要包括AC/DC整流电路和DC/DC电压变换电路。

三、800V平台下车/桩关键组件的升级

在之前的文章中我们也曾解释过通过提高电压平台来提升整车的充电速率，是需要车/桩两头的相互匹配方可实现最终的目的。这其中对于车端而言，通过提升整车动力电池的输出电压至800V所带来的关键是需要升级高压电控系统、驱动系统和相关设备。

在上文的介绍中我们提到过，在整车的高压系统中，需要将电网的三相电转换为电池可接受的直流电，同时电池的直流电在驱动电机及高压设备的应用过程中需要再转为交流电，而对于12/24V低压电源亦需通过高压得来，因此在这转换过程中所涉及到的关键便是AD/DC、DC/DC、DC/AC等电源模块。

电源模块匹配800V高压平台的关键是升级SiC功率器件以及电路拓扑设计能力。当整车高压平台升级至800V以后，开关元件需预留50%的安全裕度，同时需使用具有1.2kV额定电压的开关且频率在50kHz以上。与硅基MOSFET相比，SiC耐高压性能较好且具有较低的开关损耗，同时由于硅基IGBT不适合在高于50kHz的频率下运行，而SiC半导体器件则具有更高的开关切换频率，因此会更适用于800V的电压平台。

随着整车高压由400V提升至800V，为了确保电路输入输出特性曲线始终处于合适范围之内，需对原有的电路进行重新设计，以此来适应新的电压平台。同时在800V高压之下，原有驱动电机的定子绝缘系统中由于电压应力超过临界值，会出现绝缘材料被击穿的现象，该现象称之为局部放电。局部放电会使得定子附近的绝缘材料被腐蚀，让绝缘系统退化，最终导致绝缘系统完全失效，而局部放电的风险会随着直流电压的提高而增加。

为了降低局部放电的风险，业内通过使用扁线电机和电磁扁线技术来解决该问题。扁线电机一方面通过修改了定子绕组配置方式，另一方面采用了击穿电压更高的槽和外部绝缘性能更好的扁线来防止电压升高带来的绝缘材料被击穿问题。电磁扁线采用的厚漆膜或薄漆膜+PEEK膜包技术，能够有效提升绝缘性能，同时搭配绝缘性能更好的槽衬，使得局部放电的风险降低。

当电机运行时电机两轴承端或电机转轴与轴承之间会存在电势差，而此电势差在转轴、轴承内圈、油膜、轴承外圈、壳体之间会形成回路，由此便会产生电流。由电势差产生的电流（即轴电压、轴电流）会击穿轴承油膜，久而久之便会使得润滑油质质量下降，接着便会导致轴承滚珠两端出现电腐蚀。而在800V高压之下，本是承受400V电压产品的轴承电腐蚀问题就会变得凸显，该问题严重的话将会烧毁电机轴承。

为了防止轴承被腐蚀，目前主要有两类方案：

1）增强对轴承的绝缘处理。通过采用陶瓷轴承对轴承进行电气绝缘，防止轴向电流通过轴承。

2）旁路传导轴电流。采用导电环或导电油脂轴承方案。导电环方案是指将导电环的一端与轴承接触，另一端安装在壳体上或接地，使电流不经轴承导通。导电油脂轴承方案是指增加轴承油脂的导电性和抗腐蚀性，使得电流通过轴承内油脂传导，减少对轴承的电腐蚀现象。

以上便是关于整车高压平台由400V提升至800V时所带来的问题及关键技术了。而在充电桩端，为了应对800V高压下的大功率充电，便需要提升充电桩的输出功率，而这一过程功率模块的升级便成为了关键。

目前为了提高充电桩的输出功率，一般有两种做法：

1）增加功率模块的数量。在某一限值之下该方案是最快也最方便的，但随着快充、超充的发展，加之充电桩体积的限制，单纯的提升功率模块的数量是无法满足需求的。

2）提高功率模块的密度。这需要对现有功率模块进行重新设计，确保在有限的模块体积内做到满足功率需求的输出电路、集成化等诸多方面的进一步提升。

另外，在800V高压的快/超充之下，传统的风冷充电桩在散热方面也会面临挑战，因此液冷技术或是更好的选择。除此之外，匹配800V平台的熔断器、连接器、继电器等部件亦需同步升级。