【導讀】現有充電基礎設施與汽車主電池（800V 或 400V）zhijiandebujianrong

，shimuqianlichengjiaolvwentidezhuyaolaiyuan。jiejuezheyiwentiduiyuxiaofeileidiandongqicheshiyonglvdechixuzengchangzhiguanzhongyao。xingyundeshi，womenyoujiejuefangan。

DC 快速充電是裏程焦慮問題的主要來源

雖sui然ran我wo們men正zheng在zai見jian證zheng自zi蒸zheng汽qi機ji以yi來lai汽qi車che工gong業ye的de最zui大da變bian革ge
，但dan我wo們men都dou對dui基ji礎chu設she施shi感gan到dao擔dan憂you，因yin為wei需xu要yao具ju有you可ke持chi續xu性xing和he民min眾zhong基ji礎chu。電dian動dong汽qi車che一yi直zhi是shi汽qi車che行xing業ye最zui受shou寵chong的de一yi個ge分fen支zhi，每mei天tian都dou有you很hen多duo圍wei繞rao著zhe這zhe一yi領ling域yu的de技ji術shu創chuang新xin湧yong現xian。其qi中zhong很hen大da一yi部bu分fen是shi基ji礎chu設she施shi
，它ta將jiang以yi最zui一yi致zhi、最有效的方式支持電動汽車。工程師現在正在重新定義電動汽車的架構，他們正在考慮嵌入 800V 的電氣係統，以實現更快速的充電和更輕的重量，並增加兩次充電間的行駛裏程。

隨著 OEM 廠商推出采用 800V dianchigongdiandequanxinchexing，qichededianqihuagemingbuduanxiangqiantuijin，zhexiedianchibujinkeshixiangengqiangdadedonglixitongjigenggaoxingnengdeqiche，erqiehaikejiasuchongdian。dan DC 快速充電存在不兼容性問題。要為 800V  電動汽車快速充電，車主必須使用兼容的充電站，而不是當前更普遍的 400VDC 充電站。400VDC 充電站不僅與這些新型電動汽車不兼容
，而且還在電流容量、電纜熱管理和電壓範圍方麵有相當大的限製。

現有充電基礎設施與 800V 汽車之間的不兼容，是當前裏程焦慮問題的主要來源，如果 OEM 廠chang商shang要yao繼ji續xu推tui動dong汽qi車che電dian氣qi化hua
，就jiu必bi須xu解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。幸xing運yun的de是shi，有you解jie決jue方fang案an。雖sui然ran一yi種zhong解jie決jue方fang案an是shi擴kuo大da或huo改gai進jin現xian有you充chong電dian站zhan網wang絡luo
，但dan消xiao除chu消xiao費fei者zhe裏li程cheng顧gu慮lv最zui可ke靠kao的de方fang法fa是shi讓rang車che載zai充chong電dian器qi與yu所suo有you DC 快速充電站兼容。

對於電動汽車而言，增加流向電池的功率隻有兩種主要方式：

增zeng加jia電dian壓ya或huo電dian流liu。電dian流liu增zeng加jia時shi
，就jiu需xu要yao增zeng大da電dian纜lan，因yin為wei需xu要yao更geng多duo的de空kong間jian讓rang電dian子zi通tong過guo。增zeng加jia電dian壓ya是shi一yi個ge非fei常chang不bu錯cuo的de解jie決jue方fang案an，因yin為wei更geng低di的de電dian流liu通tong過guo電dian纜lan時shi
，所suo需xu的de電dian纜lan厚hou度du縮suo小xiao，讓rang整zheng體ti的de電dian阻zu較jiao小xiao
，降jiang低di了le電dian纜lan上shang的de耗hao損sun。

除了石墨烯電池和固態電池外

，800V 充電架構是電動汽車充電最振奮人心的發展。

DC 快速充電日益嚴峻的不兼容問題

不兼容問題主要集中在 DC 充電上

，通常用於充電時間與時機都非常受限的長途駕駛。AC 充電對於日常充電而言不是問題，因為現有電網基礎設施 AC 充電相當方便。對於擁有電動汽車的人來說
，這種充電方式很容易實現，而且可以在對充電速度要求不高的家裏（夜間）或工作單位（白天）充電。AC 充電是日常使用及短途駕駛的理想選擇，對於日常 300 公裏的行程而言，這是成本最低而且最實用的解決方案。

但在人們長途旅行時
，他們需要在公共場所快速充電，比如在高速公路的休息區。在這種情況下，他們可以使用 DC 快速充電站。這些充電站需要超過 50kW 的功率，峰值可達 150kW 或 350kW。雖然 DC 充電的使用頻率可能沒有 AC 充電那麼高，但提供一個這種類型的可靠網絡來減少裏程焦慮問題非常重要。到 2020 年，DC 充電網絡將擁有大約 40 萬個可供公眾充電的快速充電器，其中很少有支持 800V 汽車的充電器。例如

，歐洲總共有 4 萬個充電站
，其中隻有 400 個支持 800V 汽車。

當 OEM 廠商開始推出 800V 新款汽車時，這種 400V 和 800V 充電站之間的不平衡將帶來一個重大問題：為其充電的公共基礎設施不足。

為什麼 800V 更快？

800V 比 400V 更高效，因為功耗相同時，其能耗更低。它可減少電流

；電流越低
，導體中的電阻（能量）損耗就越低。讓 400V 電壓提高一倍

，可顯著提升電動汽車的充電速度。

電動汽車采用 800V 架構，車輛更輕、線纜更細
，接線器更小，而且可通過配置電池，更高效地利用電源，因此，800V 可開啟更大行駛裏程的全新時代。

今天的電動汽車要麼采用 400V 架構
，要麼采用 800V 架構。400V 更常見，因為該技術更為成熟，但越來越多的汽車推出了 800V
，比如起亞 EV6 和保時捷 Taycan 等。

在電動汽車架構中融入 800V 技術
，將電壓提高一倍，可在不增加熱量、無需新線纜和新電子組件的情況下，實現更快速度的充電。800V 充電架構無需更粗的電纜，便可縮短充電時間，這不僅可減輕重量，而且還可縮小範圍。例如，保時捷 Taycan 在 5 分鍾多一點的時間內便可增加 62 英裏的裏程，而且從 5% 到 80% 的充電時間僅為 22.5 分鍾。

800V 能讓我們更快充電的原因是電池從充電器接收到的電力更多。在 400V 的係統中，由於電流很大，因此能量損耗會增加一倍。電流會在導體中產生電阻損耗（能量損耗），因此其效率低下
，特別是在快速充電的時候。

DC 快速充電器產生的熱量會使 400V 架構的電池和充電電纜過熱，這就是為什麼充電速度在 80% 後會急劇下降的原因。

800V 通過改變內部電池單元的連接方式解決了這個問題
，可使用更小的電流和更高的電壓。

毫無疑問
，800V 非常出色，是對400V 的一個巨大升級。然而，它需要全新的工程設計。

探索 DC 快速充電解決方案

一般來說，解決 DC 快速充電問題有兩種方法：一種側重於對充電站進行改造
，而另一種則側重於改造車輛。

擴建充電站 DC 快速充電網絡可緩解這個問題，但它可能既不是最快的，也不是最劃算的。擴展 DC 快速充電網絡有兩種途徑：

●  增加 800V 充電站：安裝具有寬範圍電壓（從 250 到 920V）的全新 DC 快速充電站是一個解決方案，但這需要投入大量的時間和資金。當前歐美大約有 1000 個提供 800V 充電的充電站，這大約隻占所有已投入使用的 DC 充電站的 2%。為了應對 800V 電動汽車的增長，該網絡需要增加成百上千個這類充電站。安裝這麼多新充電站將耗時數年
，而且成本極高。

●  利用 400V 充電站：另一種方法是利用 400V 充電站，將其升級到也支持 800V 電壓的充電站，但這會帶來一係列自身的挑戰。以超高功率速率（超過 150kW）充電並非總是可用的，也並非總能實現（有溫度以及電池退化等問題）。此外，充電速度也會比 800V 的預期要慢。

使用模塊化 DC-DC 虛擬電池進行車載充電，可提供高靈活性以及高達 99.5% 的效率

與擴展充電網絡相比，車載轉換解決方案是一種實現 400V 或 800V 兼容的更全麵方案。這種方案可以更快采用，無需對充電基礎設施投入資金。

800V 電池和 400V 充電器之間的不兼容問題可通過“電池虛擬化”解決。通過電池虛擬化，即使 800V 電池與車載充電器一端相連
，該充電器也可在其另一端“發現”400V 電池。這種方案從電池電壓開始，使其適應充電站可接受的電壓範圍。（圖 1）

圖 1：800V 電池和 400V 充電器之間的不兼容問題可通過車載“電池虛擬化”解決。通過電池虛擬化
，即使 800V 電池與車載充電器一端相連

，該充電器也可在其另一端發現 400V 電池。這種方方案從電池電壓開始，使其適應充電站可接受的電壓範圍。

Vicor 高密度、高功率模塊可用於實現支持電池虛擬化的 DC-DC 轉換器車載充電解決方案
，不會增加尺寸、重量和設計複雜性。

Vicor NBM™ 雙向模塊可轉換數十千瓦的功率，功率密度可達 550kW/L 和 130kW/kg，使用的電源轉換器尺寸和重量也都比分立式解決方案至少減少 50%。

圖 2：Vicor NBM™ 雙向模塊可轉換數十千瓦的功率，功率密度可達 550kW/L和 130kW/kg，使用的電源轉換器尺寸和重量也都比分立式解決方案至少少 50%。將電池連接至 NBM 模塊的一側，將立即虛擬化另一側的電池
，從而可按常量因子成倍增加或遞減電壓或電流。

使用電源模塊的另一個原因

NBM 不僅能實現電池充電虛擬化
，而且還能與動力電池集成
，為低轉速驅動提供更高的效率。例如，市區駕駛需要較低的轉速，800V 牽引逆變器的效率會大幅下降 15% 以上。NBM 能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)這(zhe)種(zhong)輔(fu)助(zhu)方(fang)式(shi)為(wei)逆(ni)變(bian)器(qi)提(ti)供(gong)一(yi)半(ban)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)
，從(cong)而(er)可(ke)將(jiang)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)銳(rui)減(jian)一(yi)半(ban)，增(zeng)加(jia)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)。這(zhe)是(shi)集(ji)成(cheng)型(xing)模(mo)塊(kuai)化(hua)供(gong)電(dian)方(fang)案(an)如(ru)何(he)優(you)化(hua)供(gong)電(dian)網(wang)絡(luo)的(de)另(ling)一(yi)項(xiang)優(you)勢(shi)
，可(ke)實(shi)現(xian)部(bu)分(fen)利(li)用(yong) DC-DC 轉換器以保持峰值效率。

使用車載升壓轉換
，可在啟動前消除裏程焦慮問題

雖然充電站基礎設施肯定會擴大以滿足電動汽車的增長需求，但僅靠擴建並不能解決 400V/800V 的兼容性問題。減少裏程焦慮最有效的解決方案是設計與所有 DC 快速充電器兼容的車載充電器。

來源：Vicor

作者：Haris  

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