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新能源汽车电池包电压从一百伏到400V高压低压有什么差别?

2023-02-23汽车

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

各厂商对高压电机的布局

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

  • 车辆老化过程中,如何杜绝因电路老化、受损以及漏液问题导致的漏电问题
  • 事故时如何保障电池仓受损后电池漏电问题
  • 电池管理系统BMS对于热失控的管理问题
  • 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

  • 适配800V的零部件的耐压性要求不一样,以至于电气元器件需要重新设计
  • 4C以上充电倍率以及电压和电流的增大会极大的影响电池的稳定性,要求在BMS和电池材料电导率上做更多改善等等
  • 由400v升级到800v需要升级的零部件图谱

    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