固态电池的“百年死结”，被牛津大学解开了！

锂电那些事今日第二条2025年12月15日 星期一我的观点：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。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？ 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。 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。 锂电那些事免责声明 本公 众号部分内容来源于网络平台，小编整理，仅供学习与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，版权归原作者所有，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。谢谢！ 来源：锂电那些事