焦点热文：北汽高压动力系统关键技术解读：800V高压省钱吗？

电驱技术的革新和发展，主要向着提升集成度、提升效率、提升功率密度、改善NVH等目标开展，而深度集成、扁线、高转速、大速比、高压、SiC等是几项主要的技术措施。面向电驱系统的革新，北汽新能源规划了大、中、小三个平台的电驱总成，电压涵盖400V/800V平台，总成功率覆盖范围60-300kW，满足从A0级到C级车辆的需求。

(资料图片)

当前，为解决充电焦虑问题而推出的800V高压架构方案成为当下车企在高端车型上的主流选择之一。2022年12月8日，由盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会中，北京新能源汽车股份有限公司电驱系统总师梁亚非指出，升级800V高压架构并且释放高动力性和高充电性能后，由于动力总成需搭载SiC且提升动力性，整体成本将会有直接提升，因而真正的高性能800V高压系统一定会增加成本。目前国内部分企业正着力提升SiC功率模块应用能力，未来2-3年内将有望实现本土化批量搭载，最终实现从衬底-外延-晶圆-模块的全产业链SiC资源布局。

梁亚非 | 北京新能源汽车股份有限公司电驱系统总师

以下为演讲内容整理：

动力总成竞争力

首先我们先要了解终端用户为什么买车，从用户需求和考虑因素去考虑车型的关注点，从而分解出要想让车卖得好，动力总成应该怎么做。北汽新能源做了完整动力总成评价体系以及详细的方法论，评价共有6个方面：续航与电耗、安全性、动力性、操控性、舒适性、便利与品质，从这6个方面综合评估动力总成及其在整车中的贡献。只有动力总成与整车做好匹配，才能实现最好的效果。

图片来源：北汽新能源

北汽能源对于总成发展趋势的判断有4大方向，一是高集成度，二是高功率密度，三是高效率，四是低噪音，这些都是用户最关心的一级指标，也是系统级别的核心指标。

高集成度，通过电机、减速器和控制器彼此之间的机械结构实现整体功率密度的深度集成。

高功率密度，考虑单位重量内整体功率的情况，我们在高压和中压平台的量产上已经实现了指标，其中高压平台的功率密度更优。

高效率，效率是电驱人持续不断努力的目标，我们当下用了两个指标进行衡量，一是用动力总成的峰值效率来衡量最高点，我们在使用IGBT时能达到93.5%，而使用SiC时能达到94.2%-94.5%；二整体工况效率，CLTC工况效率能达到88%-90.5%。

低噪音，分为客观结果和主观结果，客观结果达到了120km/h的速度下总成1m噪音不大于80dB，助力整车主观评价结果达到7.5分。

下面详细针对每个趋势展开，一是高集成度。10年前的电机很大、很笨重，且效率不高；随着整个的行业发展，它的效率、功率密度、NVH指标、转速都在提升。北汽新能源的第一代系统是分布式动力总成，第二代开始做六合一动力总成，把电机、电控、减速器、DCDC、OBC、PDU进行了统一的集成。第三代做了三合一的深度集成，在转速和功率密度、效率上有了进一步提升。后续我们也将开发下一代超级电驱，实现更好的集成度、功率密度、效率和NVH指标。

高功率密度主要通过多种核心的技术方式实现，包括800V高压架构、油冷系统、双面水冷模块、扁线电机等。

图片来源：北汽新能源

高效率方面，左图展示的是在整车的能量流中，电从充电桩到轮端的变化，整个能量流分为三块，一是充电能量流，二是电池的储能能量流，三是整体的放电能量流。作为实现电能和机械能互相转换的放电能量流中的电驱动系统，提升MCU-电机-减速器-轮端的电能和机械能转化效率就是我们持续努力的目标。

右图展现的是工况效率和效率MAP的关系，从中可以看到如何实现工况点和高效区之间的匹配，最终能实现较优的工况效率，降低整车能耗。

整车工况的提升分为两大方向，一是动力总成的效率提升，即把动力总成效率“设计得更高”；总体思路是，从技术、材料、工艺等多个方面入手让动力总成效率有所提升，如SiC，更薄硅钢片，扁铜线等；二是把动力总成“匹配得更好”，让整车的应用集成提升。总体思路是动力总成的高效区和工况点实现好的匹配；在集成和动态工况中，有一些点是我们可以关注的，例如优化整个回馈路径，实现NEDC或CLTC工况的平滑性，以及在动态切换过程中进行一些细节的挖掘；在高效区与工况点之间互相靠近方面，不同车重、速比、工况动态以及设计，对动力总成效率和整车能耗都会有一定影响。

在我们的过往车型中，早年的工况效率只有70%的水平。随着SiC、扁线等一系列技术的应用，CLTC效率越来越高，目前量产车型已能达到88.5%的水平，基于SiC将能达到90.5%。总体来说，若要提升效率，就需要通过使用新技术、新材料等“设计得更高“的手段和速比、动态工况设计优化等”匹配得更好“的手段。。

图片来源：北汽新能源

在NVH方面，我们基于V型开发流程，通过从整车到总成、零部件对NVH指标的分解、设计和实现、测试、验证，实现更优异的整车NVH特性。在动力总成领域，我们根据指标的分解从具体的技术上进行NVH的应对，包括电磁力的优化设计、零部件模态的处理、软件对谐波的注入和消除等。之后再进行零部件测试，把这些测试结果逐级上升到总的部件级别，再回到动力总成端进行客观评价，以及从整车端进行主观评价，这就是整体的方法论。

动力总成规划

电驱技术的革新和发展，主要围绕着提升集成度、提升效率、提升功率密度、提升NVH等目标开展，通过这几个方面的提升带来综合竞争力的提升。在具体的产品端，不仅有竞争力的提升，还有产品端的功率提升。扁线、高压、SiC、油冷等产品将陆续面世，成为高端车型的主流方案。

我们将尽量实现平台化的复用，以电机为例，我们当前主推的是180mm和220mm的冲片平台，分别覆盖不同功率级别的动力总成，形成完整产品的谱系，这个谱系中分为大、中、小三个平台，分别用于应对从A0级到C级车不同的动力总成需求，实现各自不同的竞争策略。各种车型的竞争率指标有着不同的权重比，有的车在于动力性，有的车在于经济性，有的车在于成本，不同竞争策略将对竞争力评价指标有具体的落地方式。同时，产品谱系中有400V的产品和800V的产品，总成功率覆盖范围60-300kW，能通过不同的产品组合满足各自的产品需求。

800V动力系统关键技术

800V高压架构近两年一直是行业的热点，并开始逐渐进入市场。关于800V的定义众说纷纭，从我的观点看，800V的定义是把整车电压提升800V左右，使用800V的整车电气高压架构，即通过平台架构的方式实现综合性能，尤其是快充性能的提升，这就是它的定义。

实现800V架构具体技术路线都有所不同，可以分为两大类：一是完全800V架构，即800V充电、800V储能、800V放电，整个完整的能量流都是800V。考虑到当下的充电桩资源高压占比逐步提升以及高压零部件资源逐步丰富，这个方案更适合未来800V架构的实现，之后占比会越来越高。第二种是局部800V架构，顾名思义就是能量传递链中充电、储能和放电有一个或者两个地方不是800V。分为三种情况，一是800V充电，800V储电，400V放电；二是800V充电，400V储能，400V放电；还有800V充电，400V储能，800V放电的方式。每种方式背后都是一系列复杂的技术路线，如双400V电池串并联系统等。

我认为，局部800V架构是当下受限于800V资源尚且不充分的情况所做出的不得已的选择，随着整体资源的提升，这个方案在纯电驱中注定会被淘汰。

图片来源：北汽新能源

800V架构的演变分为三个阶段。第一个阶段是以600V的额定电压为主的800V架构，峰值电压不超过750V，这也比较符合当下的充电桩资源情况。

第二个阶段是当下正在研发，以及个别车企逐步推出的额定电压为800V，峰值电压在900V以下的架构。这是当下研发的主流，此时电控基本都基于SiC模块进行设计，且需考虑电控内部的优化设计，电机绝缘系统的老化问题也需重点关注。

第三个阶段更多是为未来考虑。为了实现充电性能的进一步提升，未来额定电压可能会达到1000V甚至1200V，这取决于整体模块和电池的发展，这一方案必然要整体对动力总成进行全新的设计。

三个阶段也可能会产生交叠，考虑到目前的充电桩资源状态，600V和800V还有并存的状态。

图片来源：北汽新能源

为什么要做800V？首先是为了提升整车动力性，然后最核心的目标就是提升快充性能。使用800V高压架构后，在国标60kW（120A）、国标120kW（250A）、国标180kW（250A）和超级充电桩上分别有不同的性能提升。

图片来源：北汽新能源

然而，充电功率的进一步提升还受限于电池电芯的能力。若想通过高压提升充电性能，还需要考虑电池的变动，通过电压提升以及电芯的提升带来整体充电性能的大幅提升是各大企业的核心关注点。

图片来源：北汽新能源

那么高压到底省钱吗？当升级800V架构之后，假设动力性和充电性能保持不变，根据电池方案的不同以及动力总成方案降本的差异，从电池、充电、线束、高压、动力系统的总体结果来看，电气化系统的总成本会略微提升或基本持平，应用800V架构并不会从整车系统层面带来明显的降本。

但真正的800V高压架构必然要保证动力性能尤其是快充性能的提升。从整体结果来看，真正的高性能800V高压系统一定会增加成本，从而为更好的充电性能进行服务。800V确实很好，但要付出一定的代价。

那么回到评价模型中，车需要这些性能吗？这些性能的占比权重高吗？用户会在意吗？这就是开篇提到的动力总成评价模型要去回答的问题，所以当下800V高压架构更多在高端车型平台上率先进入产业化。

800V高压架构的效率高吗？这同样要基于一个比较条件，即不同电压下同样做优化设计形成的两款产品做比较（均使用SiC或均不使用SiC），而非同一个总成在不同电压下的比较。首先说电机，在使用800V高压架构后，考虑到电机可能的匝数变化以及引起的电流减小和电阻增加，最终计算出的电机铜损基本不变，铁损也类似。总体电机效率基本不变，且由于绝缘系统的复杂还有可能对效率产生负面的影响。。

而在控制器上，在模块不变的情况下，随着电压的提升，输出同样的功率，电流变小，电压增加，此时控制器的总损耗降低，系统效率提升，但400V系统和高压800V系统显然不会采用同样的模块。而在采用不同的模块时，无论是IGBT还是SiC，由于不同模块本身的物理参数不一样，随着电压的提升，控制器效率不会明显提升，甚至有可能会降低。所以，应用800V高压架构（不考虑SiC），不会给动力总成带来明显的效率提升。

关于动力性方面，随着电压提升，第一个方案是电机设计不变，直接升高压，但这并非是一个好方案。第二个方案是基于电压提升，更改电机设计，牺牲一部分转矩来提升一部分功率，通过牺牲0-50km/h的加速性，提升80-120km/h的方式，保持总动力性基本不变，通过小转矩、大功率的方式带来整体的降本。这是一种有可能产生降本的方案。但我们在高端车型内未必会使用这个方式，而是通过综合提升动力性，带来整体动力性天花板的提升，从而为整车带来更好的动力性，也就是方案三。

使用SiC后确实能为系统性带来2%左右的效能提升，但SiC目前成本依然很高。在SiC应用中有很多具体的细节技术问题和选择问题，SiC的产业链涉及从衬底、外延、晶圆到整体模块的应用，当下整个行业都在努力攻关。我们也期待国内企业能早日形成产业链，为整车厂提供更多优质的资源，共同向前推进第三代半导体事业的发展。

使用SiC后，不同的频率会对电机效率、控制效率和总成效率形成不同结果，从总体结论来看，基于某款800V高压架构动力总成系统工况效率将在12-15kHZ的开关频率中达到最大值，这个结果在不同的动力总成中会有不同的结果，但总体趋势是一致的，即频率有一个最高效的频段。

800V高压架构的应用还会带来轴电流的问题。当电压升高，dv/dt变大，对系统将产生更大干扰，将为轴承、齿轮的可靠性造成影响。我们的解决措施第一是过程阻断，即在电机控制器和电机中间增加三相线磁环抑制共模电压，第二是回路隔离方案，第三是疏导方案，可通过这三种方式来解决轴电流的问题。

当下依然有25%的充电桩是500V的充电桩，到2025年，预计750V以上充电桩的比例会更多。基于这个情况，我们需要考虑一种方式，让500V充电桩依然能为800V高压系统充电。整体思路是通过电感+IGBT/SiC来实现，下面列举了四种不同的方案：

图片来源：北汽新能源

当使用高压充电之后，整体的EMC也是个挑战，需要在前期设计时就提前进行考虑。在高压的方案开发中还有许多类似的细节需要提前策划，才有可能实现动力总成的综合性提升。

既然整体的800V高压架构并不省钱，效率也没有提升，那么我们是否还一定要做？显然是要做的，因为它能真正带来充电性能和动力性的提升，从而满足人们购车的需求和对美好出行的向往，这也是我们全新800V高压架构车型极狐阿尔法SHI版车型的宗旨。

（以上内容来自北京新能源汽车股份有限公司电驱系统总师梁亚非于2022年12月8日，由盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会发表的《北汽新能源电驱系统路线图及800V高压架构综述》主题演讲。）

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