800V高压架构电驱动系统概述

引言

主讲专家：梁亚非（北汽新能源电驱系统总师，毕业于英国帝国理工学院，于2007年底归国，北京市“科技新星”，曾就职于精进电动、吉利汽车等企业。主要研究方向为新能源汽车电机控制算法、电机与控制器设计、动力系统集成，主持或参与多项国家项目及北京科委课题，节能与新能源汽车电驱动系统技术路线图2.0编委会成员，参与GB/T18488等多项标准的编写修订，SCI/EI论文两篇，三十多项专利及软件著作权，国家自然科学基金委员会交通与运载工程学科（E12）专家。）

主要内容：

1.动力总成竞争力与发展趋势

2.800V高压架构定义

3.800V高压架构价值

4.800V高压架构关键技术

SiC技术及资源产业链

轴电流应对技术

电机升压充电技术

下面开始进入研讨会正文：

今天分享一下关于800V高压架构的一个整体论述，分了两大块。第一块是总体的一个关于动力总成的趋势和竞争力，因为这是我们引出800伏高压架构的出发点，因为一定是为了满足整车的一些需求，满足动力总成的趋势，我们才会去聊一个新的技术或者新的架构。第二部分是重点来系统的聊一下到底什么是800V，800V价值是什么，以及它里面关键的技术上，尤其是关于这个定义和价值方面的是我想重点去聊的，因为确实是整个行业的800V这个概念很火很热，但是众说纷纭，每家有每家不同的说法，所以我也想从我的这个角度来说一下在不同的条件下，800伏是如何被定义和证明价值的。

1. 动力总成竞争力与发展趋势

因为电驱总成是为整车来服务的，那么必然要去考虑说我们最终的目的，是为了把车卖好。那么必然要关注顾客买车他是为了什么而买车，有很多因素，品牌啊、预算啊，那么有哪些东西是和整个电驱系统相关的，因为这是我们从事的行业，动力性、空间、续航里程、舒适性和可靠性，这些是和整个动力总成的关键特性是相关的。那么把这些指标也就是用户购车心理的指标转化成整车的一些指标。就是整车的平台、整车的效率、百公里加速时间、爬坡能力、驻坡能力，最高车速等一系列，是整车里的指标，一般叫做vts。

这些整车技术指标再下一级转化就可以转化成电驱动力总成的一个具体的指标，而这个指标就是我们电机人电控人需要去关注的一个核心指标，他的来源就是到底我们怎么把这个车给卖好，怎么让我的用户买我们的车。这些指标就很多了，左边里的所有指标其实都是我们要关注的，指标越多意味着这个系统越复杂，我们需要考虑的东西比较多。那么我们能不能做到什么面面俱全呢？显然还是很难的。

怎么去让我们的产品尽量能够服务于整车的需求，能够服务于让整车卖的更好一些呢？那么，必然要来评价说我的总成好还是不好。这个总成好不好其实说有两个大的概念，一个是总成做的好不好，第二是动力总成用的好不好。这一块我们具体分了六个方面来去评价这样一个东西到底好不好。

续航与电耗，这个他不光和电池有关系，电驱的效率也是会影响这个指标的。

安全性，因为动力总成是车里面实现机电能量转化的装置。他忽然没动力了，或者他忽然失控了，那是个大的安全性的问题。

动力性，这是动力总成电驱总成核心的一个目标。

操控性还有便利性与品质

这几个方面是我们总体从整车层面定了六个大的方面，然后把这个指标每一级进行细化。细化到我们给动力总成提出了一系列指标。譬如说这个续航，续航不光要考虑常温，还要考虑低温，那么考虑常温的时候还要考虑不同的soc下就是不同的电池电压下。因为在电池运行过程的电池电压可能会高可能会低，那么在过程条件下整体的一个效率，nedc区的工况效率如何，这都是我们要考虑的，而且在不同的车里面不同的需求里面，他们考虑这个权重比还不太一样。

所以整个思路就是建立一个完整的评价体系，针对不同的车型需求，然后来定一个不同的权重比来综合评价这个总成在这个车里的综合表现好不好，能不能服务把车给卖好，这个车是否能够真正满足人民群众对于美好出行的向往这个终极目标实现好，这是总体的思路。你要实现评价好，其实不光是匹配权重比之前匹配好，指的是说把动力总成可以用好，那么动力总成本身的技术指标也很关键，得先是个好的总成，本身的技术表现就很差，一个电机重个三吨五吨的，那么显然这就没法用了，所以这是两个层面的一个信息。

了解完这个大的评价机制之后，先说动力总成做得好不好。那什么是一个好的总成，做得好不好？当前整个行业的发展趋势是什么。因为趋势问题这个题目很大，但是大家都在聊，所以整体这个电驱动总成的趋势其实业内大概已经形成一些相对来说比较共性的共识。从整个动力总成级别简单说一下动力总成，现在一般是三合一，然后也有七合1，8合一或者六合一这种不同的架构。最核心的整个能量转换的部件，就是从电机控制器直流转换成交流，然后电机把交流电转成机械能，通过减速器做一个减速增扭的方式把它输出，最终形成车运动的一个力，这是整体一个结构。

那以三合一动力总共来说几个大的方向，第一高集成度，为什么要高集成度，因为通过这几个件，甚至说更多的件来深度集成是有助于整体尺寸变小，重量变轻，成本降低，哪都好，当然技术上比较难，这是一个很明显指标。也是说这过去十几年整体行业的一个发展趋势，具体技术，其实有各种不同的技术，包含电机减速器之间，尤其是这两个之间到底是共端盖共壳体啊，其实有很多不同类似的方案都是用来实现高集成度这样一个目标和趋势的。然后具体采用什么水冷、油冷还两个一起用，这也是具体的一些技术。

然后高功率密度。高功密度主要是指单位重量内整体的功率输出功率级别要大。这个整体指的是三合一动力总成的功率密度。800伏就指的这个高压平台，功率密度有不同的指标，其实可以侧面看到高压平台对功率密度其实是有一定的改善的，这个值大概是在接近三这样一个级别。

效率，效率的目的是说在整个机电转换从电池的能量变成整车运动能量过程中整体的转化效率比较高，这个更是我们整个电机行业关注的一个关键的点，因为他跟整体的损耗、续航里程、发热等一系列的问题都是相关的。这个指标一般来说，我们会定义两个指标，一个指标是动力总成本身做的好不好，效率指标到底好不好；第二块是放在车里面，拿nedc或者cltc这样的工况来看，这个效率指标好不好。

最后一块其实是最近这几年的一个趋势，就是关于噪音那块。目的是为了让车的舒适性展示更好，因为噪音的问题用户感是会比较明显，因此把这个指标定义为当前整个行业的一个发展趋势和一个重要指标。一般是说以整车主观评价我们当前是按照7.5/7分这样一个级别进行控制的，以总成为评价一般是在一米升压级80dB进行控制的。

这个指标是我们当前量产已经实现的指标，下一件产品其实会有更高的质量需求。

根据刚才这四个趋势，高集成度、高功率密度，高效率，低噪音，我们分别讲一下。

第一块高集成度，这个其实可以看到十年前的电机傻大笨粗，一个电机老大个了，功率就六十千瓦七十千瓦。那时候因为主要是因为整体行业的技术水平和整体供应链的能力确实限制。因此整体的技术有点偏低，但随着行业的发展尤其这些老前辈的带领以及我们这些同行一贯的努力，在整体的指标方案集成度可以看到，从早期的傻大笨粗而且电机是一个壳，控制器是一个壳，减速器又是另外一部分，就是各自单独的然后开始做集成。

这是我们整体北汽它的一个集成路线，代替关系。先从这个单个的一个模块，电机电控减速器我们做了一个六合一，或者说4+2，这个方案支撑了我们EU系列，EU5、EU7，还有EX这几款，整体几十万的销量。后续在我们新的平台极狐这个产品里面，我们进一步推动整体三合一的方案推进，以及下代的产品开发，核心指标可以看到整体的供应度在明显的进一步提升，而且包含转速、甚至电压这些指标也都在提升，当然我们的这个结果其实不光是从产品里面得到了体现，在行业内里得到了一定认可，包含工业协会的奖项，北京市的奖项，还有行业媒体奖项，其实也是对整个北汽这十余年包含外部资源及自主研发两条路线，双线并行这样一个方式，对整个动力总成符合趋势这种竞争力提升的也算是一个认可。

然后第二块是讲一下高功率密度，其实高功率的核心是功率密度的提升，必然要通过一些技术来支撑。有些是大技术，有些是小技术，高压架构这块其实前面已经展示了，高压架构对整个功率密度是有提升的，这块待会儿会具体讲。

第二是采用油冷方案，其实油冷电机历史比较早了，十几年前我就搞过油冷电机，当时大部分都是给混动汽车用的，最近这56年油冷在纯电动车里面开始形成了一个好的趋势，并且尤其是在高功率车型里面逐渐形成一个主流。主要是他可以通过先进冷却方式更好的带来冷却性能提升，进而提升综合性能，然后渐渐的提升功率密度，这是一个大的技术。上图左下角指了一个功率模块的区，这是一个小技术，因为功率模块除了双面冷却之外，其实基于塑封的方案，单面冷却，双面冷却都可以通过整体模块冷却能力的提升带来整个控制器的功率密度，功率输出提升。

另外再加一个扁线电机，其实不光扁线电机，应该说是一个先进绕组技术，因为不光有扁线还有所谓的这个圆线精排等一系列的绕组技术，它是通过提升电机的材料利用率或者槽满率这种方式来带来整个电机的功率密度提升，进而实现整个动力总成功率密度提升。

重点讲下高效，因为我一直认为这个效率是我们电机人也好，电控人也好，我们毕生的追求，我们的最终目标是百分百，但是很抱歉这个实现不了。那我们如何去把这个事做的精益求精，先讲下在整车里面到底这个效率是怎么体现的。整体能量流这里举了一个基于碳化硅的例子。电是从充电装里面来的，包含直流或者交流，然后通过整个充电系统到了电池里面，到了储能系统，储能系统再把这个电放出来，这是一个完整的能量流，就包含充电，电池这一块，然后放电这一块。

我们电驱系统的核心是实现这个放电能量流，把电池里的直流电通过电机控制器mcu电机减速机这个方式输出给轮端，总体实现机电能量转化。那么这个总体的效率，三合一总体效能是关注的动力总成的效率，那么也要重点去看到底我们怎么去关注。前面讲了两个方式，一定是看你的最高效率，最高效率点到底多少，这是看电驱总成做的好不好；第二块是在车里用的好不好，车主用的好不好其实是看整体工况的，这个蓝线是前两年一直用的一个nedc工况，基于某款车型我把所有的nedc运行工况点列出来，要看一下这个工况点或者高效区之间匹配关系好不好，像这个就有待进行提升，蓝线没有一个碰到最高效的那个圈，意味着效率高的那块都没用上，那么如何让这两个之间形成一个比较好的耦合是来检验电驱总成用的好不好的一个关键点。

这个总体来看一下，既然我们知道效率是既包含说用的好不好这个工况和高效率的匹配关系，也包含做的好不好最高效率点怎么样，那么怎么来提升呢。这个还是两块，第一块把动力总成给做好，动力总成的效率提升。第二块是应用集成的匹配度把它做好。其实说白了这个大部分都得花钱，当然也有个别的一些东西你不需要花钱，是技术的提升；其实核心就这样，要么你技术能力强就是你人的水平高，要么你花的钱多材料用得好。这个材料提升里面讲了几个例子，像碳化硅这指的是第3代半导体，它是对整个效率有明显提升的，后边也会具体重点的去阐述整个产业链，这是一个对整个电控效率能带来明显提升的材料。

非晶代材，这是当下正在研究的一个电机材料，可以通过更薄的冲片结构形式对电机的效率带来提升，当然还可以采用更薄的硅钢片，这也是业内常用的一个形式，只是成本可能会有提升，这是从材料提升讲了三个例子。设计和工艺端其实就稍微多了，设计里磁钢怎么去排除优化，到底是一字形、v字形、双V，双一，v加一，还是斜V，这个结构形式很多，也是做电机本体电磁设计人的核心点，为整体效率提升做出贡献。

还有具体工艺里面磁钢有没有做分段，工艺的一些方式带来效率提升。刚才讲那个扁线，圆线精排，具体不同的扁线形式都可以考虑，不光是功率密度对效率它也是有改善的。铁心退火也是一些具体工艺的手段，当然要评估，有些未必就好。还有一些新的电机结构形式，比如轴向磁通，前段yasa给奔驰做了一个样车，就基于轴向磁通来进行做的；还有电励磁，宝马第五代的话基于电励磁，其实已经进入产业化的成立阶段，目的是为了提升在高速情况下的整体效率，也是为了满足德国的运行车速更高的这种工况。这个还是回到这一点，所有的技术一定要为车服务，因为它有这种工况，所有电机形式也是为了满足这种工况电机。换个不同的车应用需求有可能这个技术就未必那么合适了。

电控里面的大部分手段，考虑说是能不能用一些软件的方式做一些工作，然后不用花成本。但是软件可能是不花成本，它有可能会带来一些别的牺牲，比如nvh，所以这里一定要注意，因为nvh也是核心的关键点和趋势。

减速器其实就属于从减速器本身齿轴优化、齿面修型啊，这是从机械方面做些考虑。第二在整个冷却的油量上面，油越多冷却效果是更好，但整体的搅油损失带来额外一些损失，确实会对系统效率带来一定的影响，那么如何让这个油量尽量低，但是同时又不影响整个冷却效果。采用什么样材质的油品，什么油品的油也是关键的一个研究点。同时优化油路也是一个永恒的话题，前面讲的怎么把电驱动做好。

那么第二块讲一下怎么把这个东西给用好。这个简单说，第一部分是通过整体系统优化，譬如要不要使用两档箱，两档箱这个要看具体车型里的需求，有些车型用两档箱的话不光可以带来动力的提升，最高车速提升，对于效率也好；但有些车型他未必，因为两档箱本身既要考虑成本的问题，也要考虑换档过程的问题，同时要考虑能不能真的把电驱的效率，动力总成的效率给带来一个能够使用到的效率提升。

第二块电压集成，这块其实主要考虑电池电压对整个电驱动的效率有一定的影响，如何把这个之间做一个比较好的优化匹配，来形成一个更好的系统效果。下边一块动态工况，这块其实就更多从整车控制策略、整车控制算法来做一个考虑，就是不管是优化回馈制动路径，还是把这个整体工况的轨迹做得更平滑做得更符合效率层的一个方向呢，都是从整个控制过程中让整体性能更向高效率这块进行转化。

第三块就是工况点，前面讲了例子，最高效率区和nedc不是特别匹配，那么怎么做好呢？要么这个高效区往左下角移，去救这个nedc工况；要么nedc工况变去救高效区，那么就这两个方式。我们看一下，如果是高效区往nedc上靠近，要么是电机进行优化，尤其是对于铁损的优化，然后尽量往高效区往左下角移，这个说起来容易但做起来其实很难。第二把电机做小一点，本来是一个150kw的电机，我能不能用80kw来驱动这个整车，可以，那么你得问一下整车我这个动力性行不行。还是回到前面的评价机制，这个评价机制里的动力性是不是核心指标，如果说不关心，那ok，就可以把这个效率做得更好。

第二方式，nedc的点往高效区去挪。两种方法，第一把车做得更重一点，风阻系数更大一点，这个事就不用往下谈了。车不管重还是风阻系数大显然不是车要干的事，这一定不是个好方向。第二我改变了减速器速比，把速比给变小，就可以相对来说，把整个nedc的工况往左上移，可以离高效区稍微近一点，但这个事真的是case by case，具体要看，因为减速器的速比变完之后对应的动力性就受影响，所以也要回到评价机制，效率和动力性彼此一个权重系数，彼此一个关注点。

具体举了几个例子，关于不同的车重直接说结论。不同的车重确实对nedc的效率影响很关键，一个车1.6吨和1.2吨，效率影响将近一个点；第二块不同减速的速比对整个动力总成的效率，还有减速器效率其实都是有影响的，那么就要找出来说哪一个速比是对整个动力总成来说是一个最合适的结果，当然这个只是针对效率来说，还要考虑动力性一定是综合考虑的。对效率最好的速比未必对动力性好，所以一定还是结合着总需求来看最合适的结果。这块就是说从整个工况来说尽量做好，这里其实讲了两个不同车的一个工况对比，理论工况和实际的工况之间其实有些差异，那如何让轨迹之间尽量的去平滑，尽量去对齐。最后这块讲的是整体对于铁损的优化，尽量电机这个高效区往左下角移去就着nedc工况和CLTC工况。

做完所有事之后，看一下整体我们公司一个趋势。最近十年整体效率通过不同的新技术，新材料的应用，新工艺的应用，然后效率逐步的提升，最早期我们也做过，就是很早了，基于异步机做的一些物流车，那时的效率整车的一个nedc工况效率在百分之70几。后来随着使用永磁同步电机，硅钢片更薄，应用三合一的技术，然后把当前的效率指标变成nedc 87.5%。然后当下随着整个碳化硅技术应用，我们已经把这个CLTC效率做到90%这样的情况，因为你的nedc要按标准进行转化，所以现在一般是按照CLTC进行衡量。所以这也就看到效率不是平白无故提升的，而且现在提升越来越难，因为你要用更多的新技术，新工艺，新材料来去提升一点点的效率。

NVH整个指标其实说要求越来越严，整个开发流程也是一个V字型开发流程，从整车给出指标，然后进行一步步的分解，然后变成动力总成的指标，然后变成电机的指标，减速器的指标，然后进一步去分析模态的具体指标，到每个零部件的指标，然后再开始用不同的一系列的技术。然后去来完成各个零部件的NVH指标。完成指标之后，零部件开始单独去测试去验证，然后变成整机，变成系统，然后评价整体的声压级情况，动力总成的噪音，然后在整车里进行一个主观评价，这就是整体开发流程。

当下其实我们重点做的一个工作，是通过这个高频开关模块的应用，通过软件的方式做一些谐波注入，把电机尤其是里面的一些切向力和径向力这块，把切向力的要求可以放的稍微宽一些。就是做好径向力，牺牲一部分切向力。然后通过高频注入的一个谐波注入软件来做这个事，而且尤其随着碳化硅的应用，谐波中的频率可以进一步的提升，这个事稍微容易做一些，最终就可以以一个相对来说较小的成本来带来nvh改善。

2 800V高压架构定义

那么到底800伏是啥东西，因为前面讲了我们的趋势是要更高的效率、更高的功率密度、更加集成、更好的nvh。那这里边的话就意味着说我们怎么把事都给做好呢。现在整个行业其实自从保时捷推出了800V之后，整个行业都在探索，也有些车型推出了。那么到底什么是800V架构，这个事我看其实整个行业的众说纷纭，有很多说法，分享下我的定义，首先我认为800V高压架构它不是一个具体的技术，因为它是一个从平台集来对整个系统进行定义的，所以我给他起名800V高压架构。那么什么是真的800V高压架构，核心两点，第一点是电压首先得有800V级别，电压平台一定要提到800V左右，这是第一个要素；第二要素是你得能带来价值，你光应用800V高压架构你不带来任何价值的提升，那你做了个寂寞，那就不是真的800V，那就是假的800V。

800V的核心目的是为了通过电压的提升，同样电流情况下可以带来更大一个充电功率提升，这是最核心要素，来解决我们当下车里边最关注的充电焦虑里程焦虑这样的一个问题，然后最终来实现用户愿意买车这个核心诉求，这才是800伏最核心的价值，就是为了实现充电性能提升，尤其是快充性能提升，把电压提到800伏。这两个要素缺一不可，缺少一个就是假的800V，不是真的800伏。那么800伏的形式有哪些，形式确实有好多，就是有好多的材料，什么五种六种四种，在我的认知里面，不要分那么多，不要分那么细，从本质上去看那个问题就两大类。第一类就是所谓的完全800V，就是全都是800V，能量电路里面从充电到储能到放电全都是800V，就所谓的800V充电、800V储能、800V放电，888这种方式，这个就是完全的800V架构。

另外还要注意后面也会具体讲一下这个升压充电的事，就当下的其实整个充电装在生态环境里面不是所有的充电桩都能支持800V，有一部分还是500伏的，还有一大部分是750伏，那么这些桩我们不用了吗，那不能不用啊，我是为了解决充电焦虑我才做的800V，一下子那么多桩用不了那怎么办呢。我还要支持兼容这些400伏的桩，那么就会额外做一个所谓的升压充电。这里就是说采用不同的方式，要么是DCDC也好，要么是电驱来做升压也好，就是来同样实现这个东西，但是核心能量传递路径还是888这个方式，这就是所谓的完全800V架构。

与完全800V架构对应的就是所谓局部800V架构。既然说局部，那意味着充电储能放电里面必然有一个不是800V，因为整个系统是为了充电性能的提升，充电电压提升之后同样电流下就可以带来功率的提升，那么充电一定不会改成400V，所以这个已经定了充电一定是800V，现在无非就是电池和电驱，到底是848，884还是844，无非就是这三种形式。我认为这是最核心直达本质的定义，直达本质的一个类型分类。具体采用dcdc也好，不用dcdc也好，dcdc放到哪也好，那都是些具体的详细技术路线，但整体的架构就是属于局部的800V架构。

然后再说一下我的一个看法，那这两类或者这四小类哪一个才是未来趋势。我认为完全800V架构就是未来的趋势。局部800V尤其是现在在纯电车型里面增加个dc这种方式，应该是当下基于资源不足，尤其是高压件和电驱的800V资源不足的情况下，做的一个权益之计，随着整个资源的飞速提升的必然会被淘汰，这是我个人的意见。

前面讲了这个定义，讲了不同的一个分类。那么定义里面有一个说800V左右，多左呀多右啊，到底多少电压才是800伏，其实这个事行业内众说纷纭，咱也不说真假800V，我们只说800V里的电压平台其实有不同的分级的。这个我把它分过来三个不同的级别，第一个级别是额定电压大概在600V左右，就是可能会高点低点，但有个关键因素是峰值电压是小于等于七百五十伏的。为什么制定这个事，有两块，第一块是基于现有的igbt也好，尤其是igbt资源或者部分碳化硅资源，整体的硬件设计不用改，就是现成的资源就可以轻松的实现750V满电流能力输出这样一个特性；同时电机绝缘能力不需要做额外的更改，很容易实现。这是一大块，就是电驱的变更比较小资源丰富。

第二块，当前的很多充电桩，而且比例还不小，当下大概是75%以内的比例，都是在750伏及以下，那充电桩是750V的，应该是满足当下的需求来做系统让电压不超过750V，因为当前绝大部分桩都可以真正享受到超充的能力，而不是全靠一个升压系统做一个非超充的伪超充方案。所以说基于今天的充电桩生态峰值电压为750V其实是能够满足用户需求的，也是真正的为了实现在竞争力评价里面的真正满足用户终端需求的一个便利性方案，这是当下量产最合适的方案。那么既然说是当下量产最合适，那么未来什么东西呢，就是下一步做什么东西呢，就是充电桩其实整个平台也在升级，这个之前最高的是750V 900V，后来就开始搞超级变压，变成了1000V甚至更高，那么其实900V这桩比例在逐步的提升，为了考虑这些需求，电压越高充电能力更好，为了满足这样的需求把电压能力进一步的提升。

做一个800V桩，就是800V左右的桩，峰值电压一般是在900伏以内，这个没有一个定值，我了解到的情况国内最高到了871.2伏，国外搞了有几个大概是924伏；你说为啥，其实也没有约定的，和电芯的一个平台设备有关系。这个方案大部分都是基于碳化硅来做的，因为基于igbt搞个900V，他的电流输出能力会比较受限，满充电soc情况下的加速性能受影响了，因此大多都是基于碳化硅来进行考虑的。电压高了之后整体的硬件设计，基于碳化硅的设计，其实就有很多的点需要去重新考虑，不管是高dv/dt还是里面这个杂散电感还是短路电流能力，确实会有一些东西需要去考虑的。然后同时因为电机电压提升了，整体绝缘老化形式其实有一定的改变，就需要考虑局部放电，然后来考虑电老化这种失效模式。

电压还会不会进一步提升呢，就我认为应该是会的。一是说电压提升可以直接带来充电能力的进一步提升。第二是说当前整个行业确实有供应链也正在去努力满足这份担心，就不是说光我们整车厂曲高和寡，整个行业也确实在做这个研究，包含半导体企业也都在做一些工作。那么下一代电压到底是多少伏，我认为这个电压应该是在1000伏甚至更高的级别，不排除以后我们不用1200伏的管子了，或者说定义一千四一千三的管子，这种形式都是存在的。

这个也可以看到，其实现在主流的一些半导体厂商，他未来的几个规划里面也有这样一个想法，那么基于这样一个未来规划，就是可以进一步带来整个充电能力的提升，电压平台的提升。带来的挑战也很大，第一块现有的模块可能不太好用，就需要考虑定制化模块，或者跟着所谓的半导体企业规划整体的进行模块的更新，然后电机方面整体的绝缘老化。

3 800V高压架构价值

那么800V到底有什么价值呢，前面说了800V是为了提升充电性能，到底怎么提升呢？真提升，假提升啊。第一部分是可以提升整车的动力性。因为使用800V高压架构之后可以通过提升整个动力性的天花板带来动力的提升，这也是大部分使用800V的车一般都是高端车，b级机以上车型，那么动力性也是它核心竞争力的一个因素，这是一个次要因素。

核心因素的不是这个，是这个所谓的充电性的，这个举几个具体例子，张龙家旁边有一个六十千瓦的充电桩，他当前的车是400伏的，六十千瓦这个充电桩其实是500伏乘120安等于六十千瓦，那么如果你的车是400伏，其实只能用到120A，六十千瓦的其实只能用到48千瓦；那么如果张龙他换了600V的车，600V也行800V也行，再去充电忽然发现电压用到500V这个级别，120A乘以满电压就可以实现一个最高六十千瓦了。意味着可以在48千瓦基础上提高25%。

另外一人赵虎，他也是类似的，一百二十千瓦，大概是基于我记得应该是750V 160A这样一个级别，那也是类似情况，可以通过更高电压的一个车来提升最大分之20。王朝他家附近的有个一百八十千万桩，这个桩就比较厉害了，之前是400伏车，去这样一个一百八十千瓦桩上去充，但是这个最大电流肯定就是300A，按二两百五十那个级别，250安乘以400伏只能用一百kW，用不完；但是把电压提升之后意味着可以180kW真正给用完，可以带来充电能力量大概分之50这样的级别提升。马汉他家附近有个超充桩，充电性能特别强，二百五十kw，还有人说之前400V车最大能充二百五十千瓦，很强，换了一个什么600V或者800V的车，怎么还是两百五十千瓦，充电能力没提升，因为我们前面讲的这个充电功率120也好，180也好，其实充电功率相对说没有那么高，并没有达到电池的极限，所以说他不是一个瓶颈，但到了超充桩，已经是二百五十kW了，那么很可能当前常见的电芯，什么1.6c，2.2c，假设100度电，2.2c最大的充电能力只能二百二十千瓦。

不管电池电压是什么，多少伏也好，最大220kW，因此提升这个电压对这种车型没有任何改善。那怎么办，还要做一个改动，把电芯给改一下，升级电芯，然后2.2c这个电芯变成4c，把200kw充电能量直接变成四百千瓦。那么就意味着最大可以支撑四百千瓦， 400伏可以四百千瓦吗，这个时候就很难了，四百千瓦除以四百伏等于一千A，1000A那个线束你不管使用什么线也好，当前没有特别好的线束方案，而且1000的方案线特别粗，不具备可快速工程实现性，那么咋办，把电压提升，用800伏500A一样可以出四百千瓦，把这个电芯的能力给充分发挥，通过电芯的提升真正实现了充电性的一个大幅提升，在超充的基础上进一步提升极致超充。

做这个800V是为了充电性能的提升，那么是不是花钱呀？成本怎么变，这个事要说高压是不是省钱，这里一定要先说一个关键的点。怎么定义条件，谁和谁比，因为有时候高压省钱不省钱先说你的条件是啥，我这里对比条件都是从整车的需求，整车升800伏高压之后必然是会带来性能的提升，不管是动力性还是充电性能。那么和400V相比，最终的目标应该是不一样的，就是基于不同的目标不同的充电性能来做这个评估，来带来一个结果。

当然为了同样对比，也做了一个同样性能的参考，但是其实不建议说做了800V的性能还一样，那800V有啥意思。然后具体看一下，分两个情况，第一个是基于整车的同样性能，做了个800V，因为内部由于设计电压检测，因为串数多了要并更多的串让电池电压起来，还有内部一些绝缘，内部一些胶一些辅材会稍微多一点，成本会有略微的提升，不大，小一部分。充电系统的主要受限于资源这一块，因为800V资源毕竟没有400V多，所以充电系统成本会略微提升一点。线束系统，基于同样一个充电能力，电压提升电流变小，线缆可以变细，成本可以降低，当然不是特别明显，因为电压平台提升成本还会增一点，所以是一个要综合考虑的，但是线束一定可以省钱，而且省的钱还不少。

充电系统其实主要指的是obc，高压附件，像空调，ptc，别的一些额外附件，它也是和充电系统其实一样的资源，现在的话没有那么足，因此就会稍微贵一些。然后是电驱，电驱其实有办法，要求性能一样情况下，可以通过电驱的全新设计，让电驱的电压升了之后，p=ui，基于同样的电流，功率是不可以更大了；功率大了，前面转矩是不可以小点，反正都是加速性，可以把转矩降低一点，那么电驱的成本其实可以相对的进行一些降低。所以基于同样性能对标，成本差不多。看你的系统具体的优化程度，可能贵点，可能便宜点，看看具体的供应链资源，就综合来说变化不大。

我们还是回到我们的核心点，我们做800V是为了性能提升的，尤其是充电性。前面讲了，要把充电性能提升上去，就要去把电芯进行升级，基于当下电芯资源的没那么充分的情况下，要和供应链之间进行大量的定制开发或者经营一些整体规模没有那么大，那么这个成本就会比较高，当然这个成本随着整个产业规模以及整个行业的共同趋势，这个成本是可以逐渐去降低的，这是电池这块。

电驱这块如果想大幅提升整个电驱的动力性，就要把功率做大，功率做大就得上更大的模块了，或者考虑要不要碳化硅。然后碳化硅的效率是会提升的，但这块就有一个额外成本的提升，那么综合来说真正的高性能的800V就是为了充电性能提升，那么成本一定是增加的，这是基于性能提升为前提给的结论，如果性能不提升成本大致持平，看具体的整体设计方案，但是我认为这不是一个特别好的方案。

第二块关键点到底效率高不高，这个事其实更是行业讨论热点。这个800伏，效率高啊，效率低啊，高速高啊，低速低啊，低速高呀，高速低啊，各种说法全都听过，其实这里一定要限定你的对比条件是啥。谁和谁类比，是基于同一个整车的项目需求，给两个不同的技术路线，一个是通过400V一个是通过800V，那么通过两个不同的方案最终在效率上哪个方案好，这个其实也是从终端在技术贡献选择的时候，他们也会遇到的问题，所以是从实例场景进行出发，然后基于这个条件，我们对比一下到底效率是高还是低了。其实看过某企业宣传材料，说是电机通过电压提升电流减半，i方r损耗大幅衰减效率提升非常明显，这个结论我是不认同的，因为从400V到800V，电机需要重新设计的，如果不重新设计的话整体性能是不好的，尤其是关于效率这一块，工程效率匹配其实是有问题的。

那么一重新设计之后，核心参数所谓电阻跟着变了，变来变去之后结果电机定子的铜损基本上保持不变，如果有变化可以认为是和绝缘层具体的工艺之间有一些变化，但是基于同样一个电磁设计它不会带来明显变化，基本上是等同的。铁损大概也是同理的，这里不再具体展开赘述了。最终结论是400伏电机最优化设计，800V电机最优化设计实现相同性能，整体电机效率大致变化不大，基本可以认为不变。

然后讲控制器，先讲一个大家比较广泛了解的一个案例，就是先基于电压不大提升，譬如从350-400伏控制器效率如何变，这里有一个前提还是同一个控制器，模块还是那个模块，系统还是那个系统，没什么大的变化，那么基于同一个模块方案，从350-400伏输出同样功率，这个一般指的是在高速区域功率稍微大的时候输出同样功率，p=ui，电压高了电流就小，电流小了之后，控制器的损耗分了两部分，开关损耗，导动损耗，一个和电压关系比较大，一个和电流关系比较大，当然还和开关频率关系比较大。这个直接说总的结果，当电流减小电压升高，整个控制器在有些大功率区间高速区间，它总体损耗其实降低的，系统效率也是提升的。

其实还有另外一个没有说，在小功率尤其是低速大转矩时，其实结论又相反了，因为整个控制器高压时开关频率没有变的情况下，开关一次干的活少，而且800V开关一次开关损耗也会比较高和这个有关系，因此整体的开关损耗占比会随着电压的提升会比较大，所以控制器损耗变差，同时电机因为谐波含量高电机的效率也会变差，所以在低速大转矩时，其实效率反而降低。所以这个事比较复杂。看具体的工况，但总的来说行业一般是认可说电压提高效率是会提高的，当然这个一定是基于同样的功率，而且一般是高速的情况下，才是符合这个结论的。

但是我们今天聊的是从400V到800V，模块可能不变吗，绝对不可能不变，除非你的设计没做好。那么就得考虑了，基于模块变化，模块参数的性能一定不一样，这里举了两个不同的例子，igbt，我们看两个不同的参数，一个ui，一个损耗等于I²R，不管怎么看，使用高压平台之后，这个值都是要相对来说恶化的，那么恶化之后所谓的在同样功率下电压增加电流降低损耗可以降低就未必真的能够实现了，相反有可能效率过不光提升不了，还有可能降低。这个取决于具体的系统设计，具体模块的选型，模块选型差异。所以这一块也不会带来控制器效率的明显提升。

那么综合结论，电机也不提升控制也不提升，动力总成凭什么提效率。所以这个就直接回应了动力总成不会因为升高电压带来效率提升，除非花钱使用碳化硅，这个事其实不是使用800伏效率行，是钱的魅力，碳化硅挺贵的，花钱的效率提升这是应该的。

然后再讲一下这个动力性这块，就是说800V对动力性怎么影响，以及我们电机到底怎么去干呢。其实业内有三个常见的方案，第一块直接升高压400V也好800V也好电机不变，这事对不对呢，其实不对，当然绝缘系统你要考虑，如果说啥都不变的话，工况效率其实有明显降低的，刚才就讲了在低速区那个效率是不升反降。Nedc工况其实是类似相关的，它这种工况效率是明显降低的，所以它不是个好的方案，而且一般没有人这样干，这是第一个思路。

第二个思路是说，基于整个动力性不做明显的提升，在同样动力性目标需求下，牺牲一部分0-50加速性，也就说把转矩给降低一点，把功率给提升一下，来提升80-120动力性，保证总的动力性基本不变。这个转矩低的功率高了，其实电机的成本关键是和转矩相关的，转矩低了电机可以做小点，成本也可以做低点，其实有助于整体系统略微降本的，所以这个也是有些企业考虑的一个方案。

第三块其实还是考虑到说我们应用环境，既然使用800V了，除了充电性能的提升，要不要提升动力性呢，如果说想提升动力性，那其实要按第三个方案走，基于p=UI，U变化了，I不变，就可以把整体的功率提升带来整个动力性的提升。功率提升肯定不是白提升的，控制器的功率要提吧，要么就把模块给变大，要么是多并一个模块，通过更多的模块或者更大的模块方案把控制器的功率提升。电机的功率要做大，电机的功率做大一般也会比如说转速提升，转矩相对来说挑战没那么大，通过减速器的速比提升，因为这样是对小型化功率密度提升以及整体成本是好的。

但是前面也一直讲减速器速比提升太高之后，对于效率来说有一定影响。所以说还要回到前面来说综合去评价，哪个是综合系统性能最好的。这个其实是整个行业内常用的一个方法，就是针对更高性能车的需求呢，下一代一般开发什么2万转啊，碳化硅呀，高压呀，油冷啊，大速比呀，把这些技术作为一个技术包来统一实现更高能力的动力总成，然后为整车的不光充电性，动力性也很好的提升。所以综合来说800V不会直接带来动力性的提升，他只会提升天花板，要想带来动力性提升模块要变大，电机要改设计，所以这才是真的动力性提升。

4. 800V高压架构关键技术

最后我们讲一下核心技术。里面核心技术其实很多，这里拿三个具体例子，就不再详细展开。

第一块碳化硅，碳化硅和硅的对比，哪哪都好这个但是他好归好有挑战，第一是技术难，第二封装怎么选，用什么封装形式，这个事其实当前行业有很多不同的看法，但是大部分考虑说未来封装方案，当下先用这个hpdrive那个所谓的注胶封装，因为可以快速切换，快速实现产能，快速实现整车的落地。但是长期来说更多是考虑所谓的塑封和TO247单管，因为这个封装主要是通过冷却能力有助于整体性的降本。他的核心问题他会贵，前面讲的哪都好，雷达图全面超越，是有代价的，成本。

成本高我们不能不用啊，那么整车企业怎么考虑呢，从整车端来去综合评估碳化硅应用的收益，碳化硅和硅比，这是硅的一个曲线，随着年限变化越来越低。这是一年前的，现在因为缺芯这个中间有个略微的上浮，正常来说是越来越便宜。碳化硅降得比较快，但是当下还是大概三倍这个级别，未来目标是两倍这个级别。那么这个级别大概是说今天是2000多3000，未来可能是2000以内这样一个差值，怎么办呢，可以通过整车效率提升减少电池用量，或者说增加续航里程，通过这种方式来提升整车用户感知价值，带来整车的综合收益的回馈。综合来说当下通过碳化硅应用略微持平或者说稍微差一点，但是取决于你的电池，电池越多这个事越好算，电池越少越不好算。

前面讲的成本高，那碳化硅成本为啥高，这个得讲一下碳化硅整体的产业链。最开始简单的就是由沙子，变成整体的一个硅粉，通过高温氧化还原反应提纯，在他们的经历基础上进行整个结晶，来生成一个碳化硅4H晶体，这样一个结晶的过程需要高温高能量持续长期的生产过程，生产速度特别慢，可以认为是同级的igbt硅的大概是数1%。生产周期长意味着工艺时间成本，耗能，各种成本都会多，所以这是从根本上来说成本的问题。

然后生产完之后形成整个碳化硅的单晶，单晶就是一片的切，切成衬底，然后在重新通过化学气相方式再重新生长一层比较薄的外延片，基于整个设计通过什么高温离子注入等一系列工艺，来把所有逻辑信息通过这种在外延片里面来形成整个多层的逻辑，来完成整个碳化硅要实现的整体功能，这就形成了整体的晶圆，然后再切成一些小方片，大概五毫米乘五毫米这个规格，这就变成了整体碳化硅的晶圆，然后再封到模块里边，形成整个模块封装，这就是整个产业链。

到晶圆这一块，其实整个产业链呢从这个衬底到外延到晶圆里边，每一过程中的对于整个过程的控制都特别严格，很容易控制不好形成一些缺陷。所谓的什么胡萝卜缺陷啊。如果衬底有缺陷，外延也会有缺陷，后面做的晶圆也会有缺陷，这个控制就尤其关键。想把它控制好，只能说把彻底做小点，不要太大了，太大之后很难控制里面，里面层数很多，整体的故障占比会比较高，因此就会尽量把不要太大，做小一点。但是做小，工艺成本就很大了，所以这就面临一个大的挑战，既要想办法把故障率给控制的尽量低，一次性通过率控制更好；还想把衬底的外径给做大，挑战就很大了，当前业内一般搞到四英寸和六英寸，已经在逐步开始进行产业化了，这个的话整体衬底尺寸就是一个核心的行业关键难题。

当下基于六英寸整体行业一般是做到全产业链，我指的是从衬底到晶圆，大概是五十六十这样一个良品率，这个和硅的百分之90几相比其实还是差距比较大的。当然这给我们本土企业呢，因为都不是那么优秀，给我们有了一些机会。所以国内其实很多企业开始采用idm这种全产业链，开始布局自研自产碳化硅，我们也特别期待未来几年之后国内有一些比较优秀的企业能够在这个第三代半导体碳化硅领域能够在整车里形成一个比较好的批量应用，然后形成一个产业规模。其实有些企业在封装这一块已经开始逐步再整车用了，但是晶圆这块还需要一些时间。

这个碳化硅核心是为了提高效率，同时也可以把开关频率给变高，那么到底开关频率选多少比较合适呢，这里直接快速展示一个我们的测试结果。通过开关频率提升，控制器开关损耗占比自然就大，多开关一次，自然损耗就多了，那么效率是单调去减的，所以这是控制器的情况。电机呢，因为随着开关频率的提升，采样率一下就变大了，就更正弦了，可以减小电机里面的一些斜波含量，电机的效率就可以提升，但是它不是无限的，因为到了一定程度波形已经挺好了，谐波占比比较小了，那么电机的效率几乎就不怎么变了。

基于这两条曲线，动力总成的曲线就是电机系统的总成曲线，效率随着开关频率变化，频率太低也不好频率太高也不好有那么大概的范围，这个是基于具体一个设计，它不是一个定值，不同的设计里面它这个值不太一样，基于我们的方案就发现这个范围是个比较好的效率点。这个恰好我们考虑到这个开关频率和电机的基波占比一般按照1比十进行设计能够满足1.2-1.5千Hz的需求，这个恰好的匹配两万转这种，三对极也好，四对极也好，这种方案就可以能够比较好的进行匹配。

因为使用800高压架构之后，转速电压还有更高的dvdt其实对整个系统带来一个很大的挑战，这一块会影响轴承，或者说后端的一些负载寿命，然后形成一些损坏产生异响，譬如说一些电烧蚀，减速器端还有可能轴承端产生异响或者说是直接损坏了。解决措施三大类，第一类的是阻断，直接给断掉，一般主要是在电机和控制器之间加一个三相线磁环，抑制相关的一些共模电压。第二是一个回路隔离，使用绝缘轴承，不管是内外圈的绝缘还是绝缘涂层还是陶瓷滚珠。第三个是疏导方案，导电轴承譬如华为系统就干了一些这种方案，来把电给导走。

第三块关键技术，升压方案。前面讲了整理充电桩的一个形式，当前并不是所得桩都是很高压的。去年的情况有1/4还多是500V的桩，有一大半是750V的桩。基于500V的桩，到底要不要充电啊，800V后不能有四分之一的桩充不了电，那用户的感知反而变差了。为了满足在500伏的桩依然可以给800V的车充电的情况下，就需要做一个所谓的升压，那这个升压目的很明确了，怎么去实现呢。

一般是两个不同的方式。一块是说外边做一个东西，把500伏升至800V，这是一个方式。第二来共用电机，电机有电感，控制体里面有igbt有开关，电感+开关不就是一个boost电路，就可以实现这种升压，通过这种方式来实现整体增压。具体路线里面的外装置，其实它有一些优劣，成本是个问题，空间这个问题，然后另外不管是哪个商家方案呢，都要考虑nvh问题，外面专门放个大电感，mcu单相也好三相也好，就是我到底是一个igbt也好还是是三相igbt也好，过来做这事呢，依然有成本空间的问题，但是功率呢，因为外边电感功率可以稍微大一点，而且散热也不是很大的挑战，所以思路是一个优势，但是如果使用单相的方案需要关注。

但是外置电感，对于布置空间来说，它是个问题，而且是个成本问题。那么就有一些想法，用电机的电感来做事情，它的好处是成本空间好了，但是对应的功率可能会受限制，原因是磁钢的温度是这里的一个关键的核心点，就是很可能磁钢温度会导致功率没有那么大，可能就是六十千瓦，八十千瓦，就只有这样一个功率级别了。另外考虑单相方案的情况下，需要从对极中性点里面出来一个线，才能把电机的一相当成一个单独电感来做这个事，那么单独出个线就要考虑单独出线的话。另外还考虑说两相方案，两相方案不需要去单独出线了。a和b直接形成一个电感了，但是还有个问题，a和b不就直接形成转矩了，等于一个堵转工况了，这个转矩输出也是我们要去控制的一个问题，需要在整车里面不对整车造成干扰。

最后再聊一个细节问题，升压总体这个成本为了更高性能提升成本是有提升的，效率也没有我们想的那么好，你想效率高，除非使用碳化硅花钱，而且里面技术点包含碳化硅也好轴电流也好，有很多技术挑战。这也举了另外一个例子，这个emc，碳化硅本身高频高压的emc也是个问题，因为电压升高之后，为了满足安规0.2J这个需求，电压升高U²/R，Y电容变低，所以这个一定要考虑提前进行规划，不要到后期再考虑这个问题，就有可能你的emc就不好做了，就可能需要花额外的成本了，所以这也是个小的技术点。

前面讲不好做那么难，那要不要做高压800V，我们这个公司其实已经给出了答案，要做的，为了提升整车的综合竞争力，为了满足人民群众对于美好出行的一个最终向往。

来源：西莫电机论坛