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新能源汽車電池包電壓從一百伏到400V高壓低壓有什麽差別?

2023-02-23汽車

車廠提高電池電壓最主要的驅動力是 提升充電速度,以緩解使用者的續航焦慮 ,同時高電壓還 附帶的好處是可以減少損耗、提升續航,也可以為提高加速和操控性打下基礎 ,但 高電壓需要更加嚴格的安全保障,以至於零部件成本會顯著提升,高壓也有極限

復雜的新能源電池依然遵從最基本的物理定律 P=UI ,功率=電壓*電流

高壓可以減少路線損耗、提高續航

假設電機在相同的繞組電阻條件下,電壓升高一倍,比如從400V升到800V,根據P=UI,做一樣的功的情況下,800V電源輸出電流只有400V的一半。根據

路線損耗=I^{2}*R*T

電流降低一半,路線損耗是原來的1/4,路線損耗減少可以提升電池續航

高壓為提升加速和操控性提供了一定的基礎

另外,既然800V電池比400V電池的電流減少,則提供了減少銅繞線直徑的基礎,減少銅繞線直徑就能降低銅消耗進而降低成本,另外還能帶來更小體積和重量的電機,整個電池組重量、空間的節省,可以為加速性提升和操控性提升帶來一定基礎(當然這在高端電動跑車可能會更加明顯)

高壓最重要的用途還是提升充電速度,以緩解續航焦慮

電動汽車最最大的痛點還是續航,解決方案有兩種思路,一種是快充,一種是換電(換電此處不表)

根據P=UI,要提高充電速度,方式①是提高電壓U,方式②是提高電流I

線上路承載電流能力有限的情況下,提高充電電壓是提高充電速度最簡單、最直接的方法 ,這也是為什麽高壓電機成為眾多新能源廠商選擇的原因

各廠商對高壓電機的布局

比如,較早推出高壓的保時捷800V方案,使用350A電流,可實作300kW充電功率,大概22分鐘可以從5%充至80%

高壓對安全保障措施要求更苛刻,零部件成本也更高

高壓雖然可以用於汽車這樣的民用裝備,但是GB/T 156規定,交流50V、直流120V時特點電源的安全電壓,顯然汽車電池早就超過這個標準,因此對車輛的安全保障提出更嚴苛的要求

  • 車輛老化過程中,如何杜絕因電路老化、受損以及漏液問題導致的漏電問題
  • 事故時如何保障電池倉受損後電池漏電問題
  • 電池管理系統BMS對於熱失控的管理問題
  • 因為對安全性要求的提升,也必然會對零部件提出一系列新的挑戰,比如

  • 適配800V的零部件的耐壓性要求不一樣,以至於電氣元器件需要重新設計
  • 4C以上充電倍率以及電壓和電流的增大會極大的影響電池的穩定性,要求在BMS和電池材料電導率上做更多改善等等
  • 由400v升級到800v需要升級的零部件圖譜

    高壓的極限大概在哪裏?從安全性上看大概在1000V

    高壓帶來的好處已經說了,那麽電壓能不能一直提升呢?不可以

    根據國際電工委員會IEC的安全指導意見,當直流電壓接近1500V時,電弧放電很嚴重,成為主要安全風險,因此對有安全需求的場景,推薦使用 峰值電壓明顯低於1500V 的設計

    系統標稱電壓與電路中峰值沖擊電壓大概是1.3的關系,所以目前廠商研制的1000v高壓,峰值電壓已經到1300v,基本上不可能再提高電壓了

    另外,1000v以下電壓安全距離是1m,1000v~10000v電壓安全距離是1.5m,超過1000v電壓需要付出的安全成本可能遠高於效率的貢獻

    因此,1000v大概率可能就是今後各廠商平台追求的一個極限值了