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电动汽车已经800V了,有多大必要继续卷到1200V?

10月前浏览1352

我的观点:400V升到800V/900V的性能提升红利够吃很长时间了,潜力根本还没有完全释放,而且800/900V电压等级目前也有不少问题需要解决,成本也比以前400V高了不少。在解决这些问题之前贸然把电压往1200V这种平台去做,除了炫技,估计很难带来实际用户体验上的提升,而且可以预见的是成本还要进一步的上升。  

所以,目前400V升到800V/900V以及如果进一步提升到1200V,主要会有哪些变化?带来的用户体验和代价又是什么?  

电池系统-电芯串联数增加-系统更复杂


 

需要调整电芯的串并联方案。为了达到更高的总电压,需要增加电芯的串联数量,比如三元基本要串到200左右,而磷酸铁锂因为单体电压低些,像比亚迪汉L这样真的做到800~900V,就要264串。  

传统上,把电芯做的适当的大些电池包里电芯数目就少些,这有利于控制成本(结构件减少,电芯串联电连接也可以减少)。而上到800V以后,必须把电芯(串)数增多,最典型的例子就是比亚迪的汉L:长刀片串数太低(加上内阻大)不得不放弃,转向短刀片以保证内阻以及串联数够。而且提醒一下:对于磷酸铁锂因为单体电压低,要做800V需要的串数就尤其多——这可能意味着复杂度和成本上的问题。     

左:之前的长刀片系统,右:800V的兆瓦电池系统  

目前的这种800V/900V的系统中电芯串联数已经不少了,电芯单体容量也在100~140Ah左右,其实是一个不错的各方面的平衡点:过大的电芯无法保证800V的串数,而且容量太大在热管理/安全/内阻上是可能会有些问题的;而如果电芯单体再小,生产效率和成本的平衡点肯定就会差些了(生产节拍,结构件等在成本中的占比)。  

此外越多的电芯使用,意味着对电芯的一致性更苛刻的要求,因为木桶效应(最差电芯决定整体性能)越明显。而如果在用户体验上并无明显的价值的话,妥妥的增加系统复杂度+成本上升,以及没准因为电芯变小系统更复杂能量密度还会往下走,这样的话意义在哪就不好说了,因为你的目标总不能是为了1000V/1200V而1000V/1200V吧……  

高电压小电流-发热损耗降低&汇流排更小更轻  

最经典的发热公式嘛:P=I2R,发热损耗功率正比于电流的平方,那类似于高压输电原理,母线汇流排里的电压越高电流越小,那发热就能成倍的下降。这对于能耗会很有意义,也使得更大功率充电放电成为了可能,因此现在的性能车基本都是800V了。  

不过,400V到800V你是可以近似认为电流可以变为之前的1/2,那电流发热损耗可以变1/4(相同单体电流工作条件下);但是如果升到1200V,电流算成之前的1/3,电流发热损耗可以变1/9——是有进一步的优化,但是还是那句话:边际效益明显在降低,而成本又必定增加,所以是不是一定值,不好说……  

因此,对于电池包内部的BUSBAR汇流排来说,因为电压等级提升,电流可以相应降低/只有这样才能支持更大功率的充电,所以对于要用大量的铜的汇流排来说(看看最近的铜价),高电压化可以降低汇流排重量,降低成本,还是比较有用的。但是类似于400V升级到800V后的发热损耗降低明显,但进一步再到1200V就没那么明显一样,对于汇流排的减重效果在这也有边际效应递减的问题。     

最近的铜价  

另外一个,大家看看现在800V的车的充电放电能力都已经到了什么地步:各种百公里加速3秒左右的车——所以在这方面性能其实已经极大的富余和溢出了,如果你非要进一步干到1200V,这到底是为了图什么呢?我们恐怕还得想一想。  

快速充电-进一步优化效果有多明显?  

目前的800V平台在电芯性能+热管理提升+SiC基的新一代功率半导体支持共同努力下,像宁德的麒麟、神行以及中航配小鹏P7的电池等,都可以做到峰值5C最快11~12分钟10~80%充电了,对应到平均大概3.5C-4.0C。我的观点一直很明确:这个充电倍率其实足够大多数人用了,因为毕竟:1)500kW+的大功率桩没法那么普及尤其是在城市里闹市区(你可以问问搞配用电的朋友);2)即使普及了只要旁边车一分功率你也不能保证充那么大功率;3)按C-倍率折算,从3到4到5到6C以及继续往上,你能节省的时间仍然是边际效用递减的。  

所以,即使你真有一个5C峰值充电能力的车,在绝大多数情况下你是无法发挥其全部能力的……实际情况就是如此  

而进一步的再看兆瓦闪充:峰值是10C,看起来比峰值5C快一倍,结果实际呢?实测的大量结果10~80%应该是8分钟左右。强吗?当然强,比11分钟快了3分。但是改善真的有那么明显吗?反正对于我来说,11分钟足够了够快了,8分钟就是一个锦上添花的东西,这算不上多刚需。  

为什么这样说呢?毕竟电化学机理摆在这,考虑到析锂边界,充电时电流不断下降,你的10C只能持续很短的时间(下面图中的上图-峰值型),在我看来,恐怕真给你带来的价值在情绪方面其实还更多点。  

而且如刚才说的:你真有一个5C的车,你大部分情况下充不到这个数;而对于兆瓦,你如果有兴趣可以搜搜你所在的城市有几个兆瓦站,反正北京一共有俩……  

 

电子电气硬件——每一代新半导体都是成本  

传统的400V的汽车用的各种功率器件,比如车载充电机(OBC)、逆变器、DCDC转换是硅基IGBT,在高压下开关损耗和导通损耗会显著增加,效率下降。要用到800V平台,就必须在各种功率器件上使用主要是碳化硅(SiC)的宽禁带半导体(其具有更高的耐压能力、更快的开关频率和更低的高温损耗)——这可以说是800V技术的核心。  

通过使用新一代SiC半导体,可以提升电驱效率继而降低整车能耗。而且各种功率器件目前逐渐有N合一提高集成度的趋势(以减少体积和重量,提高整车能效),这也需要SiC半导体的支持。

摘自公 众号-电动汽车工程师  

SiC这类宽禁带半导体性能更好,但是目前成本还有下降空间,需要不断优化。而从本文以上的内容不难看出,如果从800V继续向上比如到1000V,带来的用户体验提升并不明确,但是对于SiC半导体的性能要求却可能会又上一个台阶,这将又意味着成本的增加——所以,在我们喊着继续在指标上赢下去时,我们是不是还是要思考一个问题,我们造车到底是为了什么?  

 摘自公 众号线束中国  

绝缘设计/用料/设计——成本铁定要上升  

前几天的上海那起事故就与绝缘有关,而更高的电压(400->800->1200V),自然意味着系统整体设计就更难,具体来看:1)电气部件主功率回路相关的电气间隙、爬电距离要重新设计,很多地方要拉的更开;2)高低压部件的信号隔离回路也需要重新设计以应对耐压绝缘问题;3)要使用更高耐压的绝缘材料,比如汇流排;4)直流母线电压提升后,电机的绝缘距离增加较多,需要考虑额外的绝缘设计;5)内部的继电器、接触器、熔断器等元件的耐压和灭弧能力都需要提升至1000V甚至更高水平;6)还有BMS的采样、监控和保护逻辑需要适应更高的电压范围,其绝缘监测和电压采样精度必须更高。  

摘自公众 号线束中国  

所以,如果进一步提升到1200V,是有可能整个系统的能效再向上走走,但是能有多明显就不好说了;可是刚才说的绝缘、设计、用料,那可都是成本。  

    

所以总结一下,继续卷到1200V,值不值?  

如果进一步电压提升到1200V这个等级,带来的用户体验可能并不会明显更好(充电,能耗),而且目前的电动车的动力性能也常常过剩了。但是这样做,不可避免的会带来的电芯数增加和成本增加、系统复杂度提升,半导体和绝缘保护的成本上升,都会让车/电池更贵更复杂(没准电池能量密度还会下降)。所以综合看来,这笔买卖是不是有必要真的不好说。而且从成熟度上讲,肯定越传统的体系越成熟,越新的技术越需要更多充分的验证。  

工程上的逻辑都应该是在边界约束条件下,找一个成本相对较低的最优解。目前看来,满足电动汽车各种性能和体验的需求,800-900V足够足够足够了,在现有体系上不断优化发挥出所有优势才是当务之急。  

而硬要上到1000~1200V,恐怕更多就是为了纸面参数上的赢,反正我不觉得这是个好的方向。



来源:弗雷刘
化学半导体汽车电子UG电机材料控制电气
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首次发布时间:2025-12-16
最近编辑:10月前
弗雷刘
博士 动力电池 新能源行业科普
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欧洲人又对插混技术路线不满意了?

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