為什么電動汽車制造商要轉向800伏電壓

隨著全球對電動汽車（EV）需求的不斷增長，駕駛員對車輛性能的要求也日益提高。他們期望獲得更長的續航里程和更快的充電速度，而這些都與電池的性能息息相關。因此，優化電池技術成為了提升電動汽車性能的關鍵所在。

有許多研究項目專注于解決這些挑戰，但最有希望的項目是提高電池電壓。目前，大多數電動汽車的電池系統采用的是400伏的電壓，但隨著技術的進步，一些汽車制造商已經開始著手設計新一代的電動汽車，將電池電壓提升至800伏。

更高的電池電壓意味著更多的能量和更高的充電功率，以及更高的效率、更好的性能和電機和逆變器等電動汽車組件的重量減輕。但高電壓也帶來了新的挑戰。下面我們來看看為什么電動汽車行業如此熱衷于轉向更高的電壓，以及工程師是如何實現這一目標的。

擁有 400 伏或 800 伏 EV 架構意味著什么

電動汽車的架構是一個錯綜復雜的系統，涵蓋了電池、電機、傳感器、電子控制、輔助設備、布線以及其他眾多組件。其中，電池的電壓無論是 400 伏還是 800 伏，都會對其造成影響。

800 V 系統架構需要重新設計電動汽車中的許多組件。（圖片：保時捷）

盡管這些數值看似固定，但實際上并非如此。例如，300-500伏的電池電壓范圍被稱為400伏架構，而600-900伏的電壓范圍則被稱為800伏架構。轉向800伏架構并不僅僅是將電池連接以獲得800伏的電壓，這一工作電壓在設計汽車中所有其他高壓器件時起著至關重要的作用。這一關鍵參數直接影響到電動汽車的整體性能和安全性。

為什么電動汽車制造商要轉向 800 伏電壓

更高的電池電壓對電動汽車來說意味著效率的提高、性能的增強以及更出色的充電效果。對于駕駛員而言，這代表著更快的充電速度和更低的能耗。

充電速度的主要參數是充電器輸出功率，這取決于電壓和電流。增加充電電流會導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。在兩倍的電壓和相等的電流下，電動汽車充電器可以為電動汽車提供幾乎兩倍的能量。當然，充電器和電動汽車的轉換器必須重新設計，以便能夠承載更高的功率。

800 伏架構還降低了能耗。如果電池輸出的功率與電壓增加相同，則意味著其電流必須減小。由于發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降低。較低的電流對電池老化也有積極影響，從而延長電池壽命。

800 伏電動汽車架構的挑戰

800伏電動汽車架構具有毋庸置疑的優勢，但要在市場上順利整合該技術，仍有一些挑戰需要克服。

充電基礎設施是第一個問題。充電速度取決于充電站，大多數充電站都是為 400 伏電動汽車供電的。為了充分利用更快的充電能力，800 伏電動汽車將需要更強大的充電站。

另一個問題是電動汽車設計。800 伏架構需要重新設計電路和組件，以確保適當的絕緣、故障安全系統和正確的測試程序，以證明組件在高壓環境中的可靠性。測試程序必須涵蓋最壞的情況，最高可達 800 伏工作電壓的五倍。

800伏電動汽車的設備成本也往往更高。例如，他們傾向于在電源轉換器中使用價格更高的碳化硅 （SiC） 開關元件。與傳統的硅基轉換器（5-6%）相比，SiC能夠以非常低的能量損耗（2%）提高開關頻率。然而，由于 800 伏電動汽車的電流較低，電線和鏈路可能更粗，冷卻要求更低。

安全問題是轉向更高電壓架構所必須重視的關鍵因素。由于更高電壓的系統需要更大的物理空間以避免過壓和電弧等問題，這給電動汽車制造商帶來了不小的挑戰。例如，為了防止電弧的產生，電容器需要滿足一定的最小爬電距離要求。然而，由于電壓越高，所需的距離就越長，這直接導致了電容器體積的增大。這對于追求更小、更輕的電動汽車制造商來說，無疑是一個巨大的障礙。如何在提高效率的同時確保安全，成為了他們面臨的一個重要問題。

針對 800 V 架構的不同解決方案

電動汽車制造商已深入探討并分析了許多方法，旨在克服800伏架構所帶來的挑戰。目前，有三種被認為極具潛力的方法：

第一種方法是通過使整個電動汽車的高壓系統以800伏電壓運行，從而避免在組件之間進行電壓轉換。這種方法能夠實現更快的充電速度和更高的效率，為電動汽車帶來了顯著的優勢。然而，這種方案需要更多的電動汽車重新設計，并且增加了制造成本。因此，工程師們正在尋求更加經濟和高效的解決方案，以滿足日益增長的需求。

第二種方法是將電動汽車的部分關鍵設備，如電池組和驅動電機，設計為800伏電壓，而系統的其余部分則保持為400伏。這種方式需要在800伏和400伏器件之間進行電壓轉換，這不僅增加了成本和設計的復雜性，還可能導致額外的功率損耗。然而，與第一種方法相比，這種方案需要較少的電動汽車重新設計，并能夠降低400伏系統的成本。盡管存在這些挑戰，但這種方法仍可實現更快的充電速度，從而提高了用戶體驗。

第三種方法是混合解決方案，該解決方案涉及能夠在充電時在 800 伏和放電時在 400 伏之間切換的電池系統。其他高壓設備保持在 400 伏。這種簡單且低成本的解決方案可實現更快的充電速度，但以 400 伏放電意味著無法降低能耗。

隨著電動汽車制造商從 400 伏切換到 800 伏，我們可能會看到所有三種方法。隨著測試程序的發展和 800 伏組件價格的下降，我們可以期待完全過渡到高壓架構。對于需要高功率的重型電動汽車，我們甚至可能會看到超過 800 伏的架構。

為什么特斯拉堅持使用800伏電動汽車

向 800 伏電動汽車的過渡已經在順利進行中。汽車制造商保時捷、現代、捷尼賽思、起亞和奧迪已經為電動汽車提供800伏電池系統。沃爾沃、極星和路特斯也致力于800伏架構。日立汽車系統開始量產800V電池系統。

有趣的是，電動汽車行業的先驅特斯拉并沒有公開承諾轉向800伏架構。首席執行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）對這一轉變的價值表示質疑，認為目前重新設計的成本并不值得——至少對于特斯拉的小型車輛如Model Y和Model 3而言是這樣。不過，從長遠角度來看，他認為800伏架構對于大量生產的車輛來說是有意義的。

這可能需要一些時間，但無論如何，電動汽車行業正在轉向高壓。

審核編輯：黃飛