车厂提高电池电压最主要的驱动力是 提升充电速度,以缓解用户的续航焦虑 ,同时高电压还 附带的好处是可以减少损耗、提升续航,也可以为提高加速和操控性打下基础 ,但 高电压需要更加严格的安全保障,以至于零部件成本会显著提升,高压也有极限
复杂的新能源电池依然遵从最基本的物理定律 P=UI ,功率=电压*电流
高压可以减少线路损耗、提高续航
假设电机在相同的绕组电阻条件下,电压升高一倍,比如从400V升到800V,根据P=UI,做一样的功的情况下,800V电源输出电流只有400V的一半。根据
线路损耗=I^{2}*R*T
电流降低一半,线路损耗是原来的1/4,线路损耗减少可以提升电池续航
高压为提升加速和操控性提供了一定的基础
另外,既然800V电池比400V电池的电流减少,则提供了减少铜绕线直径的基础,减少铜绕线直径就能降低铜消耗进而降低成本,另外还能带来更小体积和重量的电机,整个电池组重量、空间的节省,可以为加速性提升和操控性提升带来一定基础(当然这在高端电动跑车可能会更加明显)
高压最重要的用途还是提升充电速度,以缓解续航焦虑
电动汽车最最大的痛点还是续航,解决方案有两种思路,一种是快充,一种是换电(换电此处不表)
根据P=UI,要提高充电速度,方式①是提高电压U,方式②是提高电流I
在线路承载电流能力有限的情况下,提高充电电压是提高充电速度最简单、最直接的方法 ,这也是为什么高压电机成为众多新能源厂商选择的原因
比如,较早推出高压的保时捷800V方案,使用350A电流,可实现300kW充电功率,大概22分钟可以从5%充至80%
高压对安全保障措施要求更苛刻,零部件成本也更高
高压虽然可以用于汽车这样的民用装备,但是GB/T 156规定,交流50V、直流120V时特点电源的安全电压,显然汽车电池早就超过这个标准,因此对车辆的安全保障提出更严苛的要求
因为对安全性要求的提升,也必然会对零部件提出一系列新的挑战,比如
高压的极限大概在哪里?从安全性上看大概在1000V
高压带来的好处已经说了,那么电压能不能一直提升呢?不可以
根据国际电工委员会IEC的安全指导意见,当直流电压接近1500V时,电弧放电很严重,成为主要安全风险,因此对有安全需求的场景,推荐使用 峰值电压明显低于1500V 的设计
系统标称电压与电路中峰值冲击电压大概是1.3的关系,所以目前厂商研制的1000v高压,峰值电压已经到1300v,基本上不可能再提高电压了
另外,1000v以下电压安全距离是1m,1000v~10000v电压安全距离是1.5m,超过1000v电压需要付出的安全成本可能远高于效率的贡献
因此,1000v大概率可能就是今后各厂商平台追求的一个极限值了