800V高压架构或将成为下一代电动汽车主流平台

800V高压架构或将成为下一代电动汽车主流平台
原创2021-12-22 11:31·朱玉龙的汽车电子设计

800V高压架构或将成为下一代电动汽车主流平台
自从上海车展北汽极狐发布搭载华为全栈高压解决方案的阿尔法S车型之后，十多家车企已经推出或者正在推出能够快充的车辆，800V高压架构已经成为2021年多个行业论坛的核心主题。

12月21号，在2021华为智能汽车解决方案生态论坛上，华为邀请产业界伙伴，探讨如何协同推进高压快充产业化进程，再次引发行业对高压平台的广泛关注。

图片0 广泛的关注

随着电动汽车续航里程增加的边际效应开始降低，从600公里到800公里比之前300到400和500公里带来的体验差异不大，同时对体积和重量的要求需要匹配更大的车辆，已经不是单纯的比例关系。

快充就成为了下一步动力电池发展的必然方向，国内外车企都开始了充电5分钟，加电200公里这样的构想来迎合消费者对于快速补电的需求。

▲图1.2021年主要的车企在高压化架构方面的动向

Part 1 提高充电速度的办法

●提高电动汽车充电功率的两条路径

从总体架构来看，提高电动汽车的充电功率主要包含几个核心要素。我们能走的路径只有两条：

○提高电流：

如果我们保留其他的部件不变，选择提升电流的路径，主要的限制在于大电流产生的热损失，这会导致整体的设计会有很大的差异。电路中的大电流会产生很高的热损失，因为所有部件（连接器、电缆、电池的电连接、母线排等）的电阻都难免会发热。针对电池在充电期间出现过热的情况，则需要在设计导电元件和确定尺寸时考虑这些热损失，以免发生过载、过热或充电电流受控降额等问题。

○提高电压：

由于上述电流的增大是有极限的，目前极限的电流一般定义为500A，所能达到的功率大约200kW（特斯拉在400V设计了600A以上的作为尝试），增加电压把400V系统切换成800V就是成为一个选择。这个对于所有的用电部件，都是一个系统性的提升。里面核心的开关器件还有其他的部分都有了变化。

▲图2.400V体系下快充的迭代路径

▲图3.800V快充的路径

●高压快充架构

对于当前的车辆升级来看，很重要的是保持原有的系统不变的情况下，来提升快充的体验。从400V到800V会有很大的改变，所以短期内围绕400V来进行功率升级是一个选择。当电流越大时，要想以相同的电压水平传输功率而不会过热，所需的电缆横截面积就越大。

目前主要的高功率设计，目标是200kW，也就是持续5分钟左右的500A电流，为了匹配这个电流，需要增大车内充电插座、充电插座到电池包的高压线缆、快充接触器和主正主负接触器、主熔丝、模组接线排、电芯内部接线排的载流能力。

但是从长期来看，要实现5~10min快速充电，打造和加油一样的充电体验，需要400kW以上的充电功率，则整车电压平台必然要向800V及以上进行演进。而且在充电功率相同的情况下，高压架构下电池系统散热更少，热管理难度低，线束直径更小，成本也更低。

▲图4.400V和800V电压作比较

在这个领域，除了车厂以外，华为是特别积极的，而且以全栈高压平台解决方案的形式来做了个800V系统。包括OBC车充电，包括电池管理以及动力总成，车下高压模块，今年发布的方案是15分钟以内的充满30%-80%，两年以后会再上市7.5分钟的解决方案，2025年做到5分钟。

▲图5.800V系统的供应链对于高压架构是准备好的

电池安全方面，结合大数据，电化学机理模型，AI模型等打造了云端电池安全方案AI BMS，基于AI算法的训练，通过数字孪生的耦合不断迭代，提升算法效果，做到更快、更准、更精确的预测电池热失控，保障电池安全。

▲图6.华为的AI闪充高压系统平台方案

当前，可匹配800V及以上高压快充车型的高压直流桩严重不足。高压架构推广初期可能需要在车端配备升压功能。从400V到800V，解决升压的问题。

800V系统带来的挑战和机会是多元化的，总体来看，它有这么几个机会点：

○从电压拓扑来看，可以实现同电芯的梯度配置，也就是可以分为高配高电压；低配低电压的差异化配置。

○从电流方向上面，从起始的350A、500A甚至未来的600A，也可以扩展的支持快充，不断提高功率。

○由SiC的导入，可以提高整体功率电子的效率和降低体积。

▲图7.兼容低电压桩充满800V的问题

800V高压架构或将成为下一代电动汽车主流平台
Part 2 充电网络建设

在整体产业里还有一块最重要的拼图，就是充电网络的投资。目前主要的汽车企业比如大众、特斯拉甚至是通用汽车，都要自己建立起一套快充网络。在设施端已经开始考虑建立符合未来800V需求的充电设施。在这方面，华为是从充电模块开始设计的， 200V-1000V的兼容，基于两路的500V串联输出，同时实现全负载的高效。

从实际应用中，800V高压平台对电驱动也带来不少难题，如绝缘、轴承电腐蚀和EMC等问题，华为在这方面做了不少的尝试，通过专利高压连接器，专利轴承导流防击穿结构及EMC软硬件抑制等核心创新技术，系统性地解决上述难题。以800V系统中轴承防腐蚀为例，它一直是业界电驱动产品未解决的难题，当前400V下的电机轴承并不是都会发生电腐蚀，但是800V下的系统，电机轴承发生电腐蚀的概率将会直接增加很多。

首先我们要注意的是电驱动系统中，共模电流产生的轴电压。电动汽车里面的驱动电机轴电压还是以「容性电压」为主，它的源头是PWM控制产生的共模电压，经过层层寄生电容进行分压，最终按照一定的比例分到轴承两端。高频感应轴电压产生的机理包括定子绕组与机壳的寄生电容不对称、共模电路中绕组和机壳之间的漏电流发生变化、在电机轴上等效出一个共模电流变化和相应的感应磁通。

通过创新的「富兰克林」引流技术，可将轴承上的近60V~80V电压的电流导出，较好的解决了其对轴承之间润滑膜耐压性能的冲击，从而大幅降低轴承失效的风险。

小结：主流车企已经开始加大800V高压投入，虽然高压架构依然存在部分挑战，但从总体来看，未来800V高压架构将成为下一代电动汽车主流平台，2022年将成为中国800V系统的一个元年。#微博新知博主##车圈新星驾到#

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浅析工业平板电脑的触摸方式及应用场合

一、电阻式触摸

电阻触摸是工业平板电脑常用的触摸方式之一，电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用。缺点是由于复合薄膜的外层采用塑料，太用力或使用锐器触摸可能划伤触摸屏。

四线电阻触摸屏：不怕灰尘、油污和光电干扰，怕划伤是其主要缺陷。适用于有固定用户的公共场所，如工业控制现场、办公室、家庭等。

五线电阻触摸屏：极好的灵敏度和透光度，较长的使用寿命，不怕灰尘、油污和光电干扰，适用于各类公共场所，尤其适用于要求精密的工业控制现场等。

二、电容式触摸

电容触摸是工业平板电脑另外一种常见的触摸方式，电容式触摸屏的分辨率很高，透光率也不错，可以很好地满足各方面的要求，在公共场所常见的就是这种触摸屏。不过，电容式触摸屏把人体当作电容器的一个电极使用，当有导体靠近并与夹层ITO工作面之间耦合出足够大的电容时，流走的电流就会引起电容式触摸屏的误动作；另外，戴着手套或手持绝缘物体触摸时会没有反应，这是因为增加了绝缘的介质。

电容感应触摸屏：由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。怕电磁场干扰、漂移，不易在工业控制场所和有干扰的地方使用。可使用于要求不太精密的公共信息查询；需要经常校准、定位。

三、红外触摸

红外线触摸屏是靠测定红外线的通断来确定触摸位置的，与触摸屏所选用的透明挡板的材料无关(有一些根本就没有使用任何挡板) 。因此，选用透光性能好的挡板, 并加以抗反光处理，可以得到很好的视觉效果。但是，受到红外线发射管体积的限制，不可能发射高密度的红外线，所以这种触摸屏的分辨率不高。另外，由于红外线触摸屏依靠红外感应来工作，外界光线变化，如阳光或室内灯等均会影响其准确度。
红外线感应触摸屏：分辨率较低，但不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件；适用于无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。

四、声波触控

表面声波技术非常稳定，而且表面声波触摸屏的控制器靠测量衰减时刻在时间轴上的位置来计算触摸位置，所以其精度非常高。表面声波触摸屏还具有第三轴(z轴)，也就是压力轴，通过计算接收信号衰减处的衰减量可得到用户触摸屏幕的力量大小，最多可分为256级力度。力量越大，接收信号波形上的衰减缺口也就越宽越深，在所有的触摸屏中，只有表面声波触摸屏具有感知触摸压力的性能。

表面声波触摸屏：纯玻璃材质、透光性最好、使用寿命长、抗划伤性好，适用于未知用户的各类公共场所。但怕长时间的灰尘积累和油污的浸染，所以使用于环境干净的场所更好。否则，需要定期的清洁服务。