【導讀】許多國家和地區正在頒布立法以增加電動汽車(EV)的de數shu量liang


，目mu標biao是shi逐zhu步bu淘tao汰tai或huo最zui終zhong禁jin止zhi使shi用yong汽qi油you和he柴chai油you汽qi車che。雖sui然ran早zao期qi嚐chang鮮xian者zhe可ke能neng出chu於yu環huan保bao效xiao益yi而er購gou車che，但dan市shi場chang上shang仍reng有you相xiang當dang一yi部bu分fen人ren還hai關guan注zhu電dian動dong汽qi車che的de續xu航hang裏li程cheng限xian製zhi和he充chong電dian時shi間jian。

qichexingyezhengmianlinzhebuduantigongnengxiyingengduoshouzhongdechuangxinjiejuefangandetiaozhan

，erzhezhengtuidongzhetigaodianchidianyadefazhanqushi。dangqian，daolushangdedaduoshuchengyongdiandongqichedoucaiyong400V電池。電動巴士和電動卡車是600V級別的車輛，乘用車正開始采用800V電池。

相較於現有的400V係統，800V係統的推出是一大進步，並且其推出速度比許多人預期的要快。800V係統有何優勢
？它們如何幫助解決一些對消費者構成障礙並減緩電動汽車推廣的問題？

800V電池如何影響車輛設計
？

無刷直流電機的核心元件是產生直流磁場的轉子（通常是永磁體或直流電樞繞組）和包含銅繞組的定子（交流電流從中通過）。運yun動dong依yi賴lai於yu轉zhuan子zi磁ci場chang與yu由you定ding子zi繞rao組zu中zhong時shi間jian控kong製zhi的de電dian流liu產chan生sheng的de旋xuan轉zhuan磁ci場chang的de相xiang互hu作zuo用yong。在zai給gei定ding的de輸shu入ru功gong率lv下xia
，隨sui著zhe電dian機ji工gong作zuo電dian壓ya的de增zeng加jia
，輸shu入ruRMS電流減小，定子繞組銅損耗也隨之減小。使用800V電源與400V電源相比
，損耗通常會減少4倍。這就提供了減小銅繞組線徑的機會，既減小總體積，又提高包裝效率，使電機更小。800V係統具有同樣較低的電流要求
，不僅能降低電機銅損耗
，還能降低整個係統接線器的損耗，從而帶來重量
、空間和成本的節省。

800V係統通常也從矽基IGBT轉向碳化矽(SiC) MOSFET。SiC器件可提供更高的開關速度，因此開關損耗更低。這有助於提高工作頻率
，由於諧波電流減小，進一步降低電機損耗。

更(geng)輕(qing)的(de)重(zhong)量(liang)可(ke)提(ti)高(gao)操(cao)控(kong)性(xing)和(he)加(jia)速(su)性(xing)，這(zhe)在(zai)高(gao)端(duan)跑(pao)車(che)市(shi)場(chang)很(hen)有(you)價(jia)值(zhi)。加(jia)上(shang)損(sun)耗(hao)降(jiang)低(di)，可(ke)以(yi)增(zeng)加(jia)與(yu)電(dian)池(chi)直(zhi)接(jie)相(xiang)關(guan)的(de)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)車(che)輛(liang)相(xiang)關(guan)成(cheng)本(ben)。騰(teng)出(chu)的(de)空(kong)間(jian)可(ke)用(yong)來(lai)增(zeng)加(jia)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)尺(chi)寸(cun)，以(yi)增(zeng)加(jia)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)
，或(huo)者(zhe)可(ke)以(yi)分(fen)配(pei)給(gei)增(zeng)加(jia)的(de)乘(cheng)客(ke)艙(cang)空(kong)間(jian)。想(xiang)要(yao)更(geng)大(da)的(de)後(hou)備(bei)箱(xiang)嗎(ma)
？較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)機(ji)對(dui)此(ci)也(ye)有(you)幫(bang)助(zhu)。值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，更(geng)大(da)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)也(ye)會(hui)增(zeng)加(jia)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)，但(dan)800V能發揮充電優勢。

重量、體積和損耗的減小為車輛設計人員提供了選擇機會


，可以根據特定細分市場在成本
、性能和續航裏程之間進行平衡。成本的降低使解決方案更容易被中端消費市場所接受，而不僅僅是高性能車輛。

在zai考kao慮lv轉zhuan向xiang電dian動dong汽qi車che時shi，續xu航hang裏li程cheng是shi關guan鍵jian決jue定ding因yin素su之zhi一yi。對dui一yi些xie人ren來lai說shuo
，這zhe是shi一yi個ge方fang便bian性xing問wen題ti，希xi望wang使shi長chang途tu旅lv行xing更geng容rong易yi。對dui於yu商shang用yong車che而er言yan，增zeng加jia續xu航hang裏li程cheng意yi味wei著zhe更geng高gao效xiao的de配pei送song路lu線xian、更多的上路時間、更少的車輛覆蓋相同區域以及更低的運營成本。

800V係統可縮短充電時間

充chong電dian時shi間jian對dui消xiao費fei者zhe和he商shang用yong車che來lai說shuo都dou是shi一yi個ge挑tiao戰zhan。對dui於yu城cheng市shi司si機ji和he通tong勤qin者zhe來lai說shuo
，在zai家jia過guo夜ye充chong電dian通tong常chang就jiu足zu夠gou了le。然ran而er，當dang計ji劃hua一yi次ci長chang途tu旅lv行xing時shi，特te別bie是shi當dang路lu程cheng超chao出chu了le車che輛liang的de續xu航hang裏li程cheng時shi，還hai需xu要yao規gui劃hua一yi條tiao能neng在zai適shi當dang時shi間jian提ti供gong充chong電dian站zhan的de路lu線xian。雖sui然ran充chong電dian樁zhuang通tong常chang放fang置zhi在zai附fu近jin的de便bian利li設she施shi中zhong
，但dan仍reng可ke能neng需xu要yao排pai隊dui等deng待dai，這zhe是shi難nan以yi接jie受shou的de。對dui於yu商shang用yong車che來lai說shuo，問wen題ti就jiu更geng複fu雜za了le，因yin為wei返fan回hui站zhan點dian充chong電dian
，或huo者zhe讓rang車che輛liang在zai現xian場chang充chong電dian時shi閑xian置zhi90分鍾，會降低生產力並直接影響企業的利潤。

800V係xi統tong架jia構gou如ru何he幫bang助zhu破po解jie難nan題ti？正zheng如ru我wo們men之zhi前qian提ti到dao的de，在zai相xiang同tong功gong率lv下xia
，將jiang電dian壓ya加jia倍bei會hui將jiang電dian流liu減jian半ban。在zai充chong電dian過guo程cheng中zhong
，散san熱re對dui充chong電dian電dian纜lan以yi及ji汽qi車che充chong電dian機ji入ru口kou和he內nei部bu布bu線xian都dou是shi一yi個ge限xian製zhi。從cong400V升級到800V，可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)同(tong)損(sun)耗(hao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)將(jiang)充(chong)電(dian)速(su)率(lv)提(ti)高(gao)一(yi)倍(bei)。這(zhe)有(you)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)的(de)好(hao)處(chu)。第(di)一(yi)個(ge)好(hao)處(chu)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)，那(na)就(jiu)是(shi)減(jian)少(shao)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)。如(ru)果(guo)充(chong)電(dian)功(gong)率(lv)增(zeng)加(jia)一(yi)倍(bei)

，則(ze)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)將(jiang)減(jian)少(shao)一(yi)半(ban)，但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)改(gai)善(shan)幅(fu)度(du)較(jiao)小(xiao)。不(bu)那(na)麼(me)明(ming)顯(xian)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)
，充(chong)電(dian)站(zhan)利(li)用(yong)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)。如(ru)果(guo)充(chong)電(dian)車(che)輛(liang)的(de)停(ting)留(liu)時(shi)間(jian)減(jian)半(ban)

，則(ze)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)給(gei)定(ding)充(chong)電(dian)機(ji)的(de)車(che)輛(liang)數(shu)量(liang)會(hui)增(zeng)加(jia)一(yi)倍(bei)。

保(bao)時(shi)捷(jie)和(he)起(qi)亞(ya)已(yi)推(tui)出(chu)新(xin)款(kuan)全(quan)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)
，其(qi)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)開(kai)始(shi)接(jie)近(jin)汽(qi)油(you)車(che)的(de)中(zhong)位(wei)數(shu)
，而(er)且(qie)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)更(geng)接(jie)近(jin)於(yu)在(zai)加(jia)油(you)站(zhan)加(jia)油(you)時(shi)快(kuai)速(su)停(ting)車(che)取(qu)貨(huo)的(de)用(yong)時(shi)。最(zui)新(xin)部(bu)署(shu)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)充(chong)電(dian)站(zhan)的(de)最(zui)大(da)額(e)定(ding)功(gong)率(lv)為(wei)400kW，對於800V架構來說綽綽有餘。

保時捷的全電動跑車Taycan的續航裏程為420公裏（260英裏）。它采用800V電池架構
，在300A (240kW)的快速充電站上僅需22.5分鍾即可將電量從5%充電至80%。它仍然能夠使用400V充電站，這需要大約90分鍾。起亞已宣布推出EV6 800V架構汽車，該車在18分鍾內從10%充電至80%，最大功率為239kW
，增程版可行駛480公裏（300英裏）。

快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)對(dui)商(shang)用(yong)車(che)輛(liang)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)商(shang)用(yong)車(che)輛(liang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)來(lai)延(yan)長(chang)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)，並(bing)將(jiang)返(fan)回(hui)站(zhan)點(dian)進(jin)行(xing)完(wan)全(quan)充(chong)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)推(tui)遲(chi)到(dao)晚(wan)上(shang)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，這(zhe)些(xie)更(geng)快(kuai)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)也(ye)符(fu)合(he)許(xu)多(duo)地(di)區(qu)規(gui)定(ding)的(de)30至40分鍾的休息時間。

800V架構的采用速度快於預期

汽車市場采用800V架構的速度比最初預期的要快。保時捷一路領先，但不隻是跑車 - 起亞和幾家中國製造商現在提供800V汽車。正如汽車市場的典型情況一樣
，創新始於高端汽車，隨著技術變得更加經濟實惠，慢慢地進入大眾市場。800V係統帶來的好處包括節約成本
，中端消費市場可以比最初想象的更快地利用這些成本。

隨著汽車市場采用800V架構，我們無疑將看到各公司進一步推動更高電壓係統的優勢。這些優勢不斷擴大，因此900V及更高電壓可以進一步增加這些優勢，甚至更多地推動續航裏程、重量和充電時間的改進。基礎設施將需要跟上步伐；新的400kW充電站已經在促成這一方向。

800V係統中電源解決方案的設計要點

電動汽車中的高壓連接子係統通常需要一個高壓到低壓的電源。提高到800V需要更高的隔離度和電壓額定值。

電動汽車電池組由許多以串聯/並聯組合方式連接的單體電池構成。每個單體電池的工作電壓範圍為3.1V至4.2V。對於標稱800V係統，大約有198個串聯電池，總電池組電壓為610V至835V。由於再生製動期間電壓升高的影響
，通常會增加20V至30V的電壓

，使最大電壓達到865V。電源內部開關的額定值必須明顯高於該電壓。對於反激式變換器，必須額外增加150V至200V的電壓
，使開關應力達到1065V。應用通常的20%降額
，可得到至少1.33kV的規格。

另一個重要的設計要點是需要低電壓啟動，通常為30V至40V。chelianganquanxitongxuyaoshouxianshangdian，yiquebaozairenhedongxikaishiyidonghuokenengfashengguzhangzhiqian，suoyoudekongzhidianzizhuangzhidounengyunzuo。shejiyigegongzuodianyajieyu30V到>900V的電源可能具有挑戰性。

Power Integrations的創新高壓解決方案

Power Integrations (PI)發布了兩款新的符合AEC-Q100標準、額定耐壓1700V的IC
，為其InnoSwitch™3-AQ產品係列再添新成員。這兩款新器件解決了800V係統所麵臨的上述設計挑戰

，為汽車領域帶來一係列有價值的功能
，並為未來設計提供了通向更高電壓的途徑。

圖1：InnoSwitch3-AQ 1700V器件可實現簡單、加強絕緣的汽車電源

這款簡單的反激式變換器設計集成了碳化矽開關以及初級和次級控製器。InnoSwitch3-AQ IC使用FluxLink™進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)，可(ke)讓(rang)次(ci)級(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)成(cheng)為(wei)主(zhu)控(kong)製(zhi)器(qi)。這(zhe)種(zhong)不(bu)尋(xun)常(chang)的(de)架(jia)構(gou)意(yi)味(wei)著(zhe)次(ci)級(ji)側(ce)決(jue)定(ding)何(he)時(shi)進(jin)行(xing)初(chu)級(ji)開(kai)關(guan)操(cao)作(zuo)，實(shi)現(xian)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)而(er)沒(mei)有(you)通(tong)常(chang)的(de)缺(que)點(dian)（例如，開關時間不正確）
，並能對所有故障做出響應。

圖2：額定耐壓1700V的InnoSwitch3-AQ無需額外的外部元件

InnoSwitch3-AQ具有30V啟動電壓
，這對於為汽車應用中的安全係統上電至關重要。分立解決方案需要在初級側添加額外的元件，才能實現30V啟動，這需要付出相當高的成本。連接到高壓母線的每個元件都必須針對多種故障模式進行測試，因此PI器件的高集成度優勢可以節省係統成本，最多可減少50%的測試用例。

減jian少shao元yuan件jian數shu量liang對dui電dian動dong汽qi車che來lai說shuo至zhi關guan重zhong要yao。由you於yu元yuan件jian更geng少shao，因yin元yuan件jian本ben身shen而er導dao致zhi的de故gu障zhang率lv隨sui之zhi降jiang低di，而er且qie焊han點dian也ye更geng少shao，可ke靠kao性xing更geng高gao。電dian路lu板ban麵mian積ji的de節jie省sheng更geng為wei顯xian著zhu，因yin為wei這zhe減jian輕qing了le重zhong量liang並bing提ti高gao了le功gong率lv密mi度du，可ke騰teng出chu更geng多duo的de內nei部bu空kong間jian，這zhe些xie都dou是shi電dian動dong汽qi車che市shi場chang上shang的de重zhong要yao優you勢shi。

InnoSwitch3-AQ IC的獨特架構使其可以位於安規隔離帶上，而這裏是PCB上通常無法使用的空間。實際上，它可以放置在變壓器下方。這種設計不占用PCB空間，這對設計工程師來說意義重大。

圖3：可擴展性允許相同的設計以微小的變化提供不同的功率水平

由於具有非常高的輸出控製精度
，因此無需額外的DC-DC變換器來產生更多母線 - 器件本身可以提供。由於采用FluxLink架構且具有±2%dekongzhijingdu，zhixuyaolianggekaiguanzhouqijiunengconglingfuzaidadaomanzaizhuangtai，bingjiangshuchugonglvconglingzengzhizuidazhi。zheyiweizheshuchudianrongyexiaodeduo。youyuxiaolvchaoguo90%，散熱量大幅減少，足以省去外部散熱片。這些特性可進一步縮減尺寸

、空間和元件數量，以及其他更多好處。

空載功耗通常不是一個關鍵參數，但對於始終連接電池的電動汽車而言

，車輛長時間停放後電池很容易耗盡電量。新的InnoSwitch3-AQ器件的空載功耗小於15mW
，可確保乘客在機場返回他們的汽車時不會被擱淺在那裏。

隨著新的50W和70W輸出功率器件的加入，Power Integrations的InnoSwitch3-AQ產品係列現在已更為豐富，可為電動汽車提供400V、600V、800V及更高母線電壓的設計方案。

圖4： 適用於400V、600V和800V係統的完整器件係列

有關詳情，請訪問：power.com。

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