实现快充,或更快的百公里加速(大功率输出),从最基本的物理原理来看只有两种途径:一是采用大电流,二是采用高电压。(物理原理公式为P=UI)
特斯拉是前者的代表,保时捷是后者的代表。
大电流的问题在于提高电流后,发热量平方倍增加,导线横截面也增大(变粗),带来电动汽车最头疼的两个问题:耗电能大幅增加(从而减少续航里程),重量增加(导线等变重,从而增大能耗)。
高电压可以避免这两个问题。但高电压技术不是单纯的抬高电压,它同时对整个车上的相关高压部件(如下图所示)提出了新的要求,意味着已有的400V平台上的产品可能需要重新设计,这对800V的推广带来了阻力:整车厂往往不愿意为此大动干戈,调整众多的电气设计。
因此,800V电压技术也是个系统工程,这里就重点探讨下一些关键电气性能的变化,比如温升、绝缘配合(电气间隙/爬电距离/绝缘阻值)、EMC/EMI和电弧。
电流/温升:
从下图的测试(30分钟行驶,20分钟充电)可以看出,在行驶过程中最大的峰值电流为750A,但均方根电流为230A,温升最高约为95˚C;在随后的充电中,最大电流为500A,均方根电流达到350A,温度也快速升至140 ˚C(此后充电电流降至400A)。
理论上来说,对于同样的功率需求,800V电流输出为400V的一半,从而产热为400V的1/4,但对于电连接来说,同样的电流在连接电阻不变的情况下,二者没有区别。
电气间隙与爬电距离:
400V和800V都属于B级电压,不过根据LV123标准的划分,800V属于HV_3级,400V属于HV_2a级。
根据IEC 60664-1,这对电气间隙没有影响,二者相同;但对于爬电距离会有所不同,在同样二级污染,绝缘材料为1级的条件下,爬电距离将由400V的210mm增加到420mm;绝缘阻值的要求也同样变化,如果以LV123的标准,将由400V的25MΩ(500V测试电压),增加到50 MΩ(1000V测试电压)。
材料:
对于400V和800V来说,没有区别,都应能在−40到140 ˚C下工作,同时还要满足不同设计的具体要求。
EMC/EMI:
电磁干扰与屏蔽主要是在DC/AC逆变的过程中发生的,根据相关的公式(见下图),高频的影响会加倍(包括gradients of the current、voltage transients、shield peak currents、high-frequencyinterference components),而低频的影响基本不变。
电弧:
高电压带来的电弧问题可能是最为严重的,与400V相比,800V的条件下,电弧在空气中最大的拉弧长度将翻倍,由原来的210mm增大至420mm;在30 mΩ短路的情况下,400V平台在断开过程可产生1.2 MW的功率输出,而800V平台则将达到5MW。
因此,800V平台必须有更安全可靠的灭弧,尤其是在开关进行通、断时,这对熔断器、继电器等提出了更高要求。
从以上几点的分析能够看出,800V电压技术在没有成熟和丰富的供应链之前,其成本应该高很多,而且整车企业也需要做大量的调整和验证,这都需要时间和成本,相比之下,大电流的技术成熟,配套厂家也多。
变革是有代价的,也将是痛苦的,面对未来又不得不为之,大胆地拥抱新技术才不至于被动淘汰。
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