电动汽车中充电中，分别是高电压低电流充电，和高电流低电压，问一下哪个技术更符合日常使用一点?

比如，充电机，DC_DC，电机控制器，空调压缩机，电机等，目前这些的产品的技术是否已经都能做到适应800V的电压平台甚至更高的

在800V整车系统中，由于电压提高导致整个系统的绝缘要求提升和短路保护的措施提升，我觉得这里涉及到热熔丝往PyroFuse有几个核心的原因：

● 在快充工况下，高功率充电的持续电流，比之前设计的规格更大，所以容易使得热熔丝提早老化。
● 把热熔丝的规格提上去，容易和高压接触器更难匹配，到800V以后接触器相对更脆弱。
● 在特斯拉Model S Plaid设计中，整个后驱动双电机的设计，大大提高了驱动电流的峰值，这也使得动态电流匹配出现了困难。

也就是说，熔丝和接触器要匹配的稳态电流和快充电流冲突，而短路保护的瞬态电流开始和高功率的驱动电流直接怼上了。中国消费者对电动汽车的使用，在全球范围内来看是温柔的，这个设计一旦往欧洲和美国去用，潜在的问题就是保护的要求和消费者实际使用的极端工况容易重合。所以我的理解，想要满足这些设计匹配，在250A快充往400-500A去考虑；驱动逆变器功率设计从150kW往250kW甚至更高300-350kW设计，Pyrofuse是一个必需品。




▲图1.Taycan的800V设计电路




Part 1
特斯拉的电路设计

特斯拉一开始是用热熔丝的，从目前来看单纯Pyrofuse也经历了三代的技术方案迭代：
● 早期Model S上的1代Pyrofuse
● 当前Model 3和Model Y应用最为广泛的第2代产品
● 最新应用在S/X plaid车型上的第3代方案




▲图2.特斯拉的迭代

这个保护的设计，是特斯拉技术迭代的一个缩影，其实是从保护电流匹配从模糊走向精确的主要技术方向。在这之后，我们看到大众的MEB平台也做了相应的设计。




▲图3.特斯拉的电气结构保护的设计

特斯拉设计Pyrofuse，在Model 3/Y或者Model S Plaid都是配置在电池中间，并且开始把它作为独立的维修单元使用。在整个高压电气回路发生外短路或发生碰撞的时候，Pyrofuse能及时断开电气连接，能够确保整个能源回路打开。通过打维修窗口可以直接更换Pyrofuse。


Pyrofuse是从Autoliv在12V系统上最先导入的，它包含几个基本的组建。

● 引发器：这是执行结构，在收到驱动信号以后，通过爆破的推力断开连接电路。
● 外部检测电流和判断电路，通常需要通过电流传感器，这里有两种方式，一种是BMS来处理，一种是Pyrofuse本身自带电流检测。
● 灭弧装置：由于切断高压电流会产生巨大的电弧，因此需要考虑如何处理电弧，通常可以使用小的灭弧熔断器，吸引电弧转移并吸收掉电弧的能量。




▲图4.Pyrofuse的基本结构

从成本结构来看，这个Pyrofuse的BOM是比较简单的，结构件主要包括Busbar和电弧吸收。注意为了切换连接，和普通的Busbar不一行，Busbar必须要考虑“弱化”设计，通过设计合理的结构强度，在触发的时候断开Busbar断开之处。而电弧吸收室，相信搞电力设备的同志会很熟悉，这就是典型的层叠设计，引导和吸收电弧（内部包含白色的复合材料垫，主要目的是阻燃）。




▲图5.Pyrofuse的整体结构

触发的时候通过上盖处的引线传递信号。





Part 2
电路设计成本

● 特斯拉的迭代

◎ 特斯拉采用了BMS主控的方式，利用主回路的电流传感器，让BMS的高功能系统来仲裁是否需要切段，特别是后续采用博世的驱动芯片来完善这个功能安全设计。
◎  从并联的小熔断器将电弧引来，到后续采用层叠电弧灭弧室来设计（将电弧分成多个小电弧，使总电压升高，从而抑制电流并中断电路）。
◎ 在触发方式上，采用两个引发器，配置在触发存储罐中，一个目标是断开Busbar，释放出固体颗粒和热能，通过两次触发来释放气流来吹电弧（实现偏移电弧）。




▲图6.Pyrofuse的动作过程

因此我们回到伊顿的分断器，如果这个分断器如果真的可以实现上述接触器+Pyrofuse的功能，整个电气设计还是得到了很大的改变。这个等于把Pyrofuse做的工作，一次次让切断回路多做几次，缺点是这个灭弧设计得很强大才行。





▲图7.在电气回路中分断设计

小结：在三电系统设计方面，其实整体来看，电动汽车和整个我们熟知的电气网络是融合的。

应对800V及以上的超级快充技术，应考虑车端、桩端协同。
它们的高压部件的“面子”看起来是各种控制器、电力模块等零部件总成装置。但其实把“里子”掰开来看，主要也就是功率半导体开关、二极管、电容、电感、熔断器（保险）、直流接触器、接插件、电缆、铜排等。
其中，车端可以分开看，分别是Pack系统内、Pack系统外。（这里额外提一句，特斯拉深度集成的高压Penthouse设计理念，在Pack系统后部、电池模组上方BDU的位置，集成整合了DC/DC、OBC这俩传统上放在电池包外的组件，所以它不太适应通常的划分原则）



特斯拉model 3电池包

先说Pack系统内，最典型的高压拓扑如下图所示，各厂家在细节上会有一些区别，但总体的架构基本没差，主要的高压器件是电芯、熔断器（保险）、直流接触器、接插件、电缆、铜排、电流传感器（接触式的分流器或非接触式的霍尔类器件）：



典型的Pack系统内高压拓扑示意

电池包内，主要以单体电芯（最高4.2V左右）增加串联数来实现高电压，像现在主流是100串上下，达到450V以内的系统电压，将来的高压平台就应该会到200串左右，提升至900V附近的系统电压。
源头电压高了，随之而来的影响就是高压回路中相关器件势必提升耐电压等级。
不论Pack内外，共性的是器件必须加大爬电距离、电气间隙，这会直接导致熔断器（保险）、直流接触器、接插件、充电接口等零件重量增加、尺寸和体积变大，需要更多的布置空间。
或者提升高压器件绝缘材料的介电强度等级，这会导致绝缘橡胶皮、绝缘塑料外壳、绝缘漆等材料成本上升。
然后是Pack系统外，典型的高压拓扑如下：



典型的Pack系统外高压拓扑示意



典型的Pack系统外高压用电器内部拓扑（图示为逆变器与电机）

桩端其实也类似，如下图：



2018年开柜肉测的充电桩拓扑，制图：峰哥儿

无论MCU、DC/DC、PTC、A/C、AC/DC还是OBC，本质都是由功率半导体开关（典型如IGBT或mosfet）配合二极管、电容、电阻、电感共同实现直流或交流电力的按需转换，从而驱动相关机械或电气部件按需做功实现功能
电压等级提升，除了前述共性的绝缘相关的爬电距离、电气间隙、材料介电强度提升，对功率半导体器件而言就更涉及微观的底层原理了，半导体芯片内部构造形式、核心材料选材、制造工艺等都有影响，基本就是“脱胎换骨”级别的更新。
而这也正是目前的瓶颈所在，半导体芯片底层结构及原材料级别的大规模工业升级，不是一朝一夕就能完成的，需要完整、成熟的高端制造工业体系和产、学、研结合助力。
想要突破困局，大概需要天量的资金与人力资源投入，再加上足够的时间去发酵，或许还需要一些些运气。

里程焦虑是制约电动车市场繁荣的最大瓶颈，仔细分析里程焦虑的背后的含义就是“续航短”、“充电慢”。
假如电动车一次续航能达到1000Km以上，那么基本不存在里程焦虑，又假如即使每次续航只有500Km，充电能像加油一样快速又便捷，那么也基本上不存在里程焦虑，事实上许多燃油车加满一箱油的续航里程也就500Km左右。


在当前400V 电压平台、250A电流下，对于一辆搭载100kWh 电量的电动汽车而言，需要30分钟才能充电30％～80％，而如果电压提升到 800V 左右， 15分钟就可实现80％充电。未来，随着电流提升到500A， 800V高压车型可轻松实现7.5分钟充 电 30％～ 80％，真正达到像加油一样的充电体验。
为此，在提升电池能量密度的同时，发展快速充电技术正成为各家车企新的“军备竞赛”。去年以来，除了岚图汽车和广汽埃安外，吉利汽车旗下的极氪、北汽旗下的极狐汽车、长安汽车和新能源汽车龙头比亚迪也都发布过类似的技术。 而除了车企以外，充电桩企业、 上游的电池企业和华为这样的科技巨头也都在研发高压充电技术。


我们知道在纯电动汽车上，高压电气系统主要是负责起动、行驶、充放电及空调动力等，主要包括电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统、 高压设备及其线束系统。目前能实现大功率快充的高压系统架构共有三类：
①纯800V电压平台；高电压平台，电池包、电机以及充电接口均达到800V，OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC均重新适配以满足 800 V 高电压平台。
② 2个400V电池组组合使用；采用2个低压的电池组，通过高压配电盒的设计进行组合使用。快充时，两个电池组可串联成800V平台；运行时，两个电池组并联成400V平台，以适应400V的高压部件，该方案的优势在于不需要OBC、空调压缩机、DC/DC以及PTC等部件在短时间内重新适配，成本相对较低。
③ 800V电池组搭配 DC/DC转换器。整车搭载一个800V电池组，在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的 DC/DC 将800V电压降至400V，车上其他高压部件均采用400V电压平台。保时捷首款电动跑车Taycan就是采用这个方案，其搭载的800V直流快充系统能够支持350kW的快充，可以在22.5min内把容量93.4kW · h的电池从5%充至80%，提供300km 的续驶能力。


800V快充虽然基本原理并不复杂，但是对整车电气系统，行业标准，电网系统都带来了挑战。
1） 电动汽车标准
目前乘用车普遍使用400V商用车普遍使用650V 电压等级，如果将电压提升至800V或1000V以上，并实现大功率充电，则对操作安全性的要求也将随之提高，相应电动汽车相关法规标准需要重新修订或完善，包括电气安全、充电规格等。2021年，国家电网有限公司与日本 CHAdeMO 协议会（日本电动汽车快速充电器协会）分别发布的《电动汽车 ChaoJi 传导充电技术白皮书》和  CHAdeMO3.0 标准，标志着超级充 电技术已经迈入标准制定与产业应用 新阶段。兼容国内 GB/T 标准的版本 有望于 2021 年发布。在新标准下，直 流充电桩的最大电流可达 600A，最高 电压达 1500V，乘用车的充电功率提升到 400kW，商用车的充电功率更是 能增加到 900kW，充电时间可以大幅缩短到 10 分钟以内。


2） 动力电池
对于电池高C速率充电，电池寿命以及热管理系统均有影响；研究表明， 过高的充电电压或电流都能导致锂电池电极材料和电解液的稳定性降低，引起电池副反应的增加， 并在负极表面出现析锂现象，导致锂电池内阻增大、容量衰减甚至引发火灾、爆炸等安全隐患。同时，更大的充电功率会对电池系统的冷却带来很大的挑战，需要对发热较为集中的单体电池正极区域进行针对性的冷却和热处理，保障电池工作在理想的温度区间内。


3） 电力电子部件
目前，1000V以上功率电力电子部件供应商成熟产品以及应用实践有限，在很大程度上，开关器件的耐压等级限制了电池的开路电压。 另外，更高的电池额定电压将影响所有电力电子部件的电气隔离水平，须考虑电气间隙和爬电距离要求 。对于功率电子组件，较高的电压会降低开关的传导损耗，但较高的电压可能会导致整个工作区域内更高的开关损耗，因此功率组件需要选择合适的开关类型、开关频率。类似地，对于电机而言，电压等级的增加会增加电压梯度dv/dt，而电压梯度的增加将导致更高的电磁辐射以及影响电机局部放电电压， 电机的结构设计将需要改变，以适应系统高电压。


4） 电缆连接
800V系与400V系统相比，在相同功率水平下所需的电流减少了一半。系统电流降低减小了电池以及电气连接的热损失，导线截面积的减小可以降低铜材成本并易于布线。 然而，如果要实现XFC，充电电流不降反升，目前快充电流已经能够达到250A，未来，会提升到500A ，如此高的电流不仅会让导线截面积大大增加，带来成本和重量的猛增，而且充电功率超过200kW通常需要液冷，但目前还没有关于如何将液冷电缆纳入电气规范的既定协议。



液冷式充电电缆连接过于笨重，将给客户使用带来麻烦。针对此问题，实现XFC的充电连接的其他选择可能是使用机器人或无线充电 。

5） 充电设施
相关数据显示，2021年7月14日，上海电网用电负荷达到3352.7万千瓦，刷新历史最高纪录。换算一下也就只能支持9.6万个350kW充电桩同时工作。再加上电动汽车无序充电会增加全网用电的峰值负荷，加剧负荷的峰谷差。用电量短时间内达到满负荷甚至过负荷，到了晚上负荷又降到谷底，负荷的变化将导致电力系统频率的波动，造成电力系统的波动，对发电设备和电能质量都有负面影响。电动汽车属大功率、非线性负荷的用电设备（非线性负荷最大特点是会引起电力系统电压或电流正弦波形的畸变），大量电动汽车同时充电会导致短时电压降超标。电动汽车充电装置在实现电网交流电和电池直流电转换时，也会产生电力谐波（谐波的危害就更大了，谐波能降低发电、输电及用电设备的效率；谐波增加电机附加损耗外，产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热；谐波会导致继电保护和自动装置的误动作；谐波会使通信系统无法正常工作）。此外，车辆放电过程会存在孤岛效应（孤岛效应危害电力维修人员的生命安全；影响配电系统上的保护开关动作程序；孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性会对用电设备带来破坏等）。



根据规划， 2022 年将有 90%的充电桩完成高电压化改造，支持150 kW 及以上的充电功率，随着充电桩功率的提升以及纯电动汽车的普及，电网系统的适配改造已经迫在眉睫。

虽然800V系统解决方案面临许多技术挑战，但是对于电动车的推广和发展具有重要的现实意义，会对电动车产品的技术走向和使用体验产生巨大的影响，从这个方面来看，说800V快充技术是使电动车的便利性达到了媲美燃油车的制胜法宝也不为过！

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电动车越来越普及，工程师们为了解决快速充电的问题，绞尽了脑汁，哪怕功率可以提升一点点，都在使劲的抠……
最根本的目的，是为了提高充电功率！为了快充嘛！为了提高充电功率，功率=电压X电流，即P=U*I
所以，要提高快充的效率，要么提高电流I，要么提高电压U
1，提高电流I，会遇到最直接的一个问题就是：热！

因为电路的发热公式是：Q=I^2Rt
如果要提高电流，那发热量会成平方的增加……
在提高大电流的路线上，最明显的，就是特斯拉。我们曾经测试过特斯拉的Model Y在V3超充桩上，以250kw的功率充电，最大电流可以干到600A，发热量可见一斑……不过，特斯拉走的是水冷充电枪的效果，也是一个方向。




要知道，特斯拉在热管理设计方面一系列的骚操作，可以说下了非常大的功夫的。
什么热泵，液冷桩，八通阀，电池加热到55度，电机余热管理……
甚至直接挖了苹果公司给手机设计热管理的大佬，给车和桩都全部重新设计的一整套完整的热管理系统
所以，特斯拉坚持400V平台，走大电流路线，降低成本！
2，如果热管理做的不够好。无法提高电流，那就只能提高电压U：

所以，一个不可否认的事实，800V平台已经越来越被看好了。
最近，800V开始火了起来。越来越多的厂家都开始做800V平台的车。
最早量产800V平台的车，是保时捷的TyCan，简单的看两个视频，了解一下先：
<a href="http://www.zhihu.com/zvideo/1311610530046181376" data-draft-node="block" data-draft-type="link-card">上面两个视频，很好的解释的题主的问题。800V里面的难点是啥，要克服的困难是啥。包括热管理，电压平台升高导致的零部件一系列的提升。
最早一批做800V的车企，成本必然是居高不下的。
最近几天比较火的是现代现代Ioniq5的800V平台。我也找了一些资料。给大家分享一下:
Ioniq5是现代汽车基于E-GMP的首个纯电动车型，从电量上看，全球共有3个版本：分别为58kWh、72.6kWh和77.4kWh，其中77.4kWh的仅在北美销售。借助于韩国网友的拆解，首次了解到现代E-GMP的这个800V电池平台是如何构建的：






比较简单的看几个图。简单的描述一下：就是在原有的400V的原理上进行重新串并联，将电压提高上来。并没有特殊的创新。有意思的是，网络上对Ioniq5的电池包内部拆解后，发现其实还是落后于国内很多车企的电池设计的。无论是排线，布局，热管理方案。都有不少差距。
重新说回800V的事儿：
国内不少车企都开始纷纷上马800V平台，可以有效的解决快充大功率充电的发热问题。但是同样面对两个巨大的挑战：
1，充电难问题：
2020年之前，中国铺设的快充桩，基本都是400V平台的桩（严格说来是500V）根据快充国标的标准来看，当时在充电电压平台的要求来说：


之前主流的，是500V的桩，750V的都很少，更别提1000V的桩了。
所以，要解决新的800V平台的车，在500V的桩上充电的问题，就非常的困难。
技术上怎么解决呢？——那就是做升压，把充电桩的电压升上去。把500V的桩的输出电压，通过车端的技术，拉高到800V平台！——这项技术以后再做详细分享，留个坑
但是，这里就不得不提一下BYD这家企业，早在4.5年前，就已经在考虑做800V电压平台和充电升压方案的事情了。
当然了，也有一个情况要说明，800V平台的新款电动车，在老款的500V充电桩上充电，是无法实现最大的充电功率的。因为充电桩的功率是定的，虽然通过升压技术可以实现车辆的充电功能，但是功率实际上并没有提高，电流会比较小的。
所以说，升压技术，也仅仅是解决了800V车辆在500V桩上不能充电的问题，并没有真正的实现真正意义上的超充。
要实现真正意义上超充，还是得800V车+800V桩（或者1000V的）共同作用才能实现
2，开发成本问题：
这个就不细说了，市面上没有的新东西，成本自然就高。
但是总得有人干，所以其实应该佩服那些敢于优先上800V平台车的企业。

（1）800V对IGBT是个坎，超过800V的IGBT目前只有少数厂家有，并且能做到的功率并不高，相应的，成本贵啊，目前市场的车超过800V的真不多。


图片来源：中国普天
（2）主要的充电组织如CharIN、CHAdeMO等将快充的目标定为1000V，350A。
（3）本质上如前面兄弟谈得是能量守恒，有两种方案，加大电流，提升电压。加大电流会使得线经变粗、电池的充电倍率上升，提升电压又对绝缘及零部件等提出了挑战，高压安全方面需要进行进一步论证；
（4）除了功率器件外，因为快充功率大，对电池系统的寿命、安全及系统热管理等也需要进一步研究。
总的来说，超级快充实现起来不容易，需要攻关很多，如电池的比能量与比功率，关键零部件IGBT，充电接口与电缆，电池及热管理、对电网也有相应的考验。
但是，要是实现了的话，10分钟完成充电，目前的充电瓶颈会得以解决，用车体验变好，电动汽车的接受程度应该会大大提升，期待这一天尽快到来！