概述（續航&補能-換電與快充）

提升快沖效率的方向（電壓，電流）

充電時間=電池容量/充電功率 充電功率=電壓X電流

提升快沖效率的方向有二：1、提升電壓，將新能源汽車的電壓系統從 400V 升高至800V 後電動車的功率提高一倍，大幅降低充電時間。2、提升電流，特斯拉是采用提高電流方法的代表。

高電流模式推廣程度低，對熱管理要求高。根據特斯拉官網，特斯拉 V3 超充樁在 400V 電壓下可達到 250kW 的峰值充電功率。特斯拉電動車的充電時間需要 30 分鐘左右，大電流超充的推廣難度較高，由焦耳定律 Q=I2RT，熱量與電流的二次方成正比，大電流充電過程中產生的熱量大幅增加，對汽車的散熱系統有更高的要求。以特斯拉為例：特斯拉V3 超充樁峰值工作電流超過 600A，故需要使用更粗的線束。此外，大電流模式的應用場景有限制， 目前大電流模式僅在 10%-20%SOC 進行最大功率充電，在其他區間充電功率也有明顯下降。

高電壓模式是車廠普遍采用的模式，除減少能耗、提高續航裡程外，還有減少重量、節省空間等優點。根據焦耳定律，高電壓系統下，電流變小使得整個系統的功率損耗減小，提高效率。若電流不變，汽車的電機驅動效率則會提升，從而增加續航裡程、降低電池成本。高電壓模式的優點還包括降低高壓線束重量，同功率情況下，電壓等級的提高可減少高壓線束上的電流，使得線束變細，從而降低線束重量、節省安裝空間。以保時捷為例：保時捷將電壓平臺從 400V 提高至 800V 後，實現 300kW 充電功率，高壓線束的截面積僅為 400V 架構下的二分之一，線束減重 4kg。小鵬也推出 800V 平臺下的 400kW 快沖，充電效率可達 5C， 實現充電 10 分鐘續航 400 公裡的效果。

與通過升高電壓來實現擴容的特高壓輸電線路原理相同，電動車上的高電壓平臺技術同樣是通過提升電壓的方式，為電能的大功率傳輸建好瞭"基礎設施"。受限於矽基IGBT功率元器件的耐壓能力，電動車高壓系統普遍采用的是400V電壓平臺（230V-450V）。基於該電壓平臺的充電樁中，充電功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁，達到瞭250kW(400V*600A )，工作電流的峰值接近600A。如果想要進一步提高充電功率、縮短充電時間，就需要將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，來實現高壓系統的擴容。800V電壓平臺（550V-930V）搭配350kW超級充電樁所能實現的充電速度，不僅比目前常見的120kW直流快充樁要快上很多，改善人們對電動車的裡程焦慮（解決方案，大電池和快充方案）。市面上我們常見的第三方充電樁大多是 60kW 、 120kW 和 180kW 的充電樁。對應的額定電壓有 500V 和 750V 不同的規格，但對應的電流更多的是最大 250A。而通常允許使用的電壓范圍上限為系統額定電壓的 115%~120% ，也就是說在動力電池系統額定電壓之下還可以上下浮動.

電動車高壓架構示意圖400V電子電器架構800V電子電器架構高壓電氣架構的優勢及其電壓平臺的選擇

400V&800V電壓平臺

電壓平臺的升高，意味著核心三電系統（電機，電控，電池）以及空調壓縮機、DCDC（直流變壓器）、OBC（車載充電機）等部件都要能在800V甚至1000V的電壓下正常工作。800V高壓架構：800V電機電控，800V電池，800V PTC、空調， 800VOBC、 DC/DC、 PDU。全系800V架構，在短期來開，需要對高壓器件的安全可靠性進行充分驗證，驗證周期較長，需要投入的驗證成本高，但其能夠提高能量轉換效率，短期內成本可能上升，但隨著產業鏈的不斷完善和規模化效用，成本可以實現較好控800V電池

部分800V高壓架構：400V/800V電機電控，800V電池，400V PTC、空調，400VOBC、 DC/DC、 PDU。部分800V架構，在電池端、電機電控端采用高壓技術，其他電器部件繼續沿用現有的400V架構，車輛改動較小，短期內實用性較強，雖然能量轉換效率較全系800V架構低，但比傳統的400V 架構效率還是有明顯提升。

全部400V中壓架構：400V電機電控，400V電池，400V PTC、 空調 ，400VOBC、 DC/DC、 PDU。充電是采用串聯方式實現800V充電，但車上所有的電器架構運行還是以400V中壓運行，整個電氣架構的效率轉化並沒有提升，充電效率的提升有限，其優勢是短期內的成本較低。

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充電樁400V升級800V

若800V替代400V，高壓系統對應有兩種升級方案：1）充電800V+用電400V：涉及充電的部件為800V，涉及用電的部件維持400V，該方 法不需要壓縮機、PTC等重新適配，成本較低；2）充電800V+用電800V：全系高壓架構，即充電、用電均采用800V部件，該方法效率更 高，隨著供應鏈整體升級，高壓部件成本下降，預計23年後，全系高壓結構將成為未來主流。

目前市面上充電樁多為400V，升級至800V有兩種方式：1）將充電樁升級為800V：若升級充電樁，則充電槍、接觸器、線束、熔絲 等都需提升耐壓等級。如果工作電流也增加，那麼還需要增加底部電扇，樁內用循環液冷。2）在車身加配DC/DC升壓模塊。受益於 高電壓快充大趨勢，充電樁產業鏈有望通過技術升級增加價值量、提升市場空間。

充電800V+用電400V方案架構充電800V+用電800V方案架構

800V的優勢

優勢1 高壓快充-充電速度：能夠解決充電效率低、速度慢的充電，改善用戶充電體驗，5min充電200km續航，充電效率高。（業界認為500A是車規級線束接插件的極限，更高電流的話電氣系統設計復雜度將大幅增加，這意味著400V系統下200kW左右的充電功率會成為很多車輛設計的極限；而800V高壓系統可以將極限突破到400kW）400VDC 平臺 100kW 充電電流250A 充電時長30min SOC30％～80％ 充電倍率1C800VDC 100kW 充電電流250A 充電時長15min SOC30％～80％ 充電倍率2-4C1000+VDC 100kW 充電電流600A 充電時長5min SOC30％～80％ 充電倍率4-6C優勢2 電機轉速：電機轉速可輕易實現20000rpm運行優勢3 功率密度：電機、電控的功率度大幅上升優勢4 效率 電驅動系統的CLTC的綜合效率可達91．5％以上優勢5 續航裡程 在SIC技術的加持下，續航裡程可增加5％以上優勢6 導電線徑 同等功率，高壓下，電流減小，傳導線線徑要求低

800V絕緣共性挑戰，最大的是成本問題。

800 V高壓電驅動系統關鍵技術研發路徑

耐壓絕緣，高低壓部件的信號隔離回路安全間隙，電氣部件主功率回路相關的電氣間隙、爬電距離局部放電，電氣、磁、熱、機械等多方面因素的電機部件

800V 快充方案下，由於電壓提升，車載端主要電氣部件都需要重新選型。 電動車的核心零部件分為大三電（電池、電機、電控）、小三電（OBC、PDU、 DC/DC 轉換器）和電動壓縮機。高壓系統器件主要由動力電池、電機、高壓配 電盒、OBC、DC/DC 轉換器、逆變器、PTC、空調壓縮機組成構成，主要零部件 都需要重新選型。 是，SiC（碳化矽）基功率半導體和電池負極（石墨包覆或摻雜硬碳、矽碳負極）

高壓絕緣

高電壓導致的電弧問題、爬電距離、電氣 間隙、絕緣介質等 4 個方面，來考慮高壓平臺絕緣設計 問題。高壓拉弧 ：與 450V 相比，在 950V 電壓下，電弧在 空氣中最大的拉弧長度將變長，拉弧的能量也更高。因 此，高壓平臺必須有更安全可靠的滅弧，尤其是在開關進 行通、斷時，這對熔斷器、繼電器等提出瞭更高要求，業 界常用的有磁吹、氣體滅弧等方案，目前在軌道交通行業 已有成熟應用產品，軌道交通的電壓通常在 750~1500V， 甚至更高，滿足車上產品無問題。 爬電距離：根據 IEC60664-1/GB16935.1 標準要求， “千伏”高壓需要提升爬電距離。在應用層面，各廠傢均 已有相應解決方案。如 ：寧德時代電池包絕緣能力設計 上，通過增大零件之間的電氣間隙和爬電距離，開發並應 用絕緣性能更高的材料，增加絕緣耐壓防護設計來提高電 池包的絕緣耐壓等級。 電氣間隙 ：根據 MBN 20123，電氣間隙均參考 IEC 60664-1，1000V 與 450V 電氣間隙相同。 絕緣介質 ：工作電壓提高對應的耐壓要求提高，隔離 器件的選型可滿足“千伏”耐壓的要求。

高壓功能安全需滿足 ASIL B 及以上，出現故障 不會影響人身安全，《ISO 26262 道路用車功能安全要求》中規定瞭車輛 在故障情況下的功能安全相關要求。例如在碰撞場景下， 撞後高壓系統受損，容易導致高壓電裸露、高壓泄露、短 路、電池起火等次生風險。行業通過設置電機放電回路和 電阻放電回路，實現雙回路冗餘主動放電，能夠實現漏電 場景下 2s 內極速下電，放電至安全電壓 60V，典型場景 下放電時間實際隻需 1.03s，滿足高壓安全 ASIL B 等級， 實現碰撞後整車快速下電，保證人身安全。

高壓會增加電磁幹擾，行業水平 Class3 等級， 不影響整車可靠性 對於 800V-1000V 的高壓平臺，動力域部件的源、 路、載幹擾倍數級增大，行業目前通過創新技術方案和先 進的 EMC 測試平臺，支持 EMC 滿足 Class 3 等級

電池包

高倍率系統、負極技術、電芯、熱管理系統升級

對於電池端，快充實質上是提升各電芯所在支路的充電電流，而隨著單車帶電量超100kWh以上的車型持續推出，電芯數量增加，若仍繼續維持400V母線電壓規格，電芯並聯數量增加，導致母線電流增加，對銅線規格、熱管理帶來巨大挑戰。因此需要改變電池包內電芯串並聯結構，減少並聯而增加串聯，方能在提升支路電流的同時維持母線電流在合理水平。由於串聯數量增加，母線端電壓將提升。而100kWh電池包實現4C快充所要求的母線電壓即為800V左右。為瞭兼容全級別車型快充功能，800V電氣架構成為實現快充的主流選擇。

對於電池包來說，調整電芯串並聯的數量就能對電壓進行調整，主要的難點在於如何保證高電壓、大電流情況下的安全性和使用壽命。

充電倍率過高對鋰電池的影響

研究顯示，過高的充電電壓或電流都能導致鋰電池電極材料和電解液的穩定性降低，引起電池副反應的增加，並在負極表面出現析鋰現象。最終可能造成鋰離子電池內阻增大、容量衰減甚至引發火災、爆炸等安全患。當前具備2C（30min）技術，正常開發4C（15min），6C(10min)的快充技術。

此外，更大的充電功率也會對電池系統的冷卻帶來很大的挑戰，需要對發熱較為集中的電芯正極區域進行針對性的冷卻和熱處理，保障電池工作在理想的溫度區間內。動力電池熱管理系統的功能包括：在電池溫度較高時有效散熱，防止產生熱失控；在電 池溫度較低時預熱，提升電池溫度；減小電池組內的溫度差異，抑制局部熱區 的形成，防止高溫位置處電池過快衰減。800V 高壓方案下，電池在快速充放電 時會產生大量的熱量，要通過熱管理系統將熱量散發。熱管理系統可分為自然 冷卻、風冷、液冷、直冷四種。

快充-溫度升高，在負極更容易形成固體電解質界面SEI以及鋰離子析出形成鋰金屬。這兩種變化都是不可逆的。

快充對電池負極材料有要求，電池負極石墨，層狀結構，導致鋰離子隻能在石墨層之間進行平行運動，傳輸路徑長，降低瞭鋰離子電池的倍率性；石墨電極電位低，在高倍率快充下很容易影響電池的使用壽命。負極改進-表面包覆；改變材質用矽和矽的化合物。才能進一步提升充電速度。石墨改性或使用矽負極，實現快充性能的同時維持電池的使用壽命。動力電池快充性能的主要制約因素是負極領域。一方面，石墨材料的層狀結構導致鋰離子隻能平行在石墨層之間運動，傳輸路徑長，降低瞭鋰離子電池的倍率性。 除此之外，石墨電極電位低，高倍率快充下石墨電極極化大，電位容易降到 0V以下產生析鋰，從而縮短瞭電池的使用壽命。解決方案之一是石墨改性，改用表面包覆、混合無定型碳，其內部為高度無序的碳層結構，可以實現鋰離子的 快速嵌入；另一種解決方案是采用理論容量高的矽負極，嵌鋰電位高，析鋰概率小，能夠適應更大的電流。

快充的熱管理

在電池包的安全設計上，可 以通過應用隔熱性能更高的隔熱材料，例如陶瓷隔熱墊、 雲母板，進行熱擴散防護 ；在銅排金屬零件表面粘貼絕 緣材料（例如陶瓷復合帶、雲母紙）來防止高壓打火， 以此來提高電池包熱擴散防護能力。目前業界已經有成 熟的大功率快充電池熱管理方案，可有效解決散熱問題。 以某車型的熱管理為例，其水冷板設置在電池箱體下側， 可有效隔絕冷卻液與模組，提高電池安全性。由於模組 分佈在兩層，其水冷系統也分為上下兩層，共 13 個冷卻 支路，每個冷卻支路有兩根水冷管並聯，水冷管采用口 琴管的方案，每根水冷管有 10 個並聯通道。電池的液冷 系統與整車的冷卻系統是交互的，動力電池將熱量傳遞 給水冷板中的冷卻液，冷卻液再將熱量通過熱交換器傳 遞給整車的冷卻系統，最後將熱量排放到空氣中。考慮到 快充效率和電池安全，在充電時，將電池包的溫度控制在 30℃左右，有效改善電池工作環境，提升充電安全性及 壽命。

2C-4C 的快充電池

續航裡程焦慮是困擾電動汽車發展的主要因素之一， 提高電池能量密度和快充能力是解決電動車裡程焦慮的兩 大途徑，而電池充電速度和能量密度是一對相互制約的指 標。常規磷酸鐵鋰或三元電池，在保持高能量密度的情況 下，充電倍率基本在 0.5C-1.5C 之間，進一步提高充電倍 率往往帶來壽命衰退和安全風險。 電池快充的主要瓶頸是負極對鋰離子的快速接收能 力。為兼顧成本、能量密度和快充性能，電池行業主要有 兩條技術演進路徑。一是在鈦酸鋰負極及其改性材料，但 是鈦酸鋰電池能量密度非常低（不到 100Wh/kg），且電 池價格昂貴。二是在傳統三元 / 磷酸鐵鋰和石墨體系基礎 上，通過對石墨負極進行改性，例如寧德時代的“快離子 環”和正極“超電子網”包覆技術，同時采用低粘度電解 液溶劑、高孔隙隔膜、多極耳結構等特殊設計，在保證高 能量密度（三元 270Wh/kg、磷酸鐵鋰 190Wh/kg）的前 提下，充電倍率得到大幅提升（三元 4C、磷酸鐵鋰 8C）， 通過充分識別電池“健康充電區間”，確保瞭電池壽命和 安全。寧德時代的快充型動力電池，經過 2500 次（三元） 或 10000 次（磷酸鐵鋰）的充放電循環後，仍然能夠具有 80% 的容量保持率，同時也通過瞭嚴苛的濫用測試，例如 擠壓、跌落、沖擊、加熱等，無論是從設計、性能等各方 面，都已經具備產業化推廣條件。目前，寧德時代的 2.2C 三 元快充鋰離子電池，能量密度可以達到 260Wh/kg 以上， 循環次數達到 2500 次以上 ；同時，超高能量密度的 4C 快 充電池（250Wh/kg）也已經具備產業化條件。 廣汽發佈的超倍速 6C 快充電池技術，其系統最大電 壓可達 800V，最大充電電流超過 500A。6C 高倍率快速充 電可以實現 0%-80% 電量充電時間 8min，30%-80% 電量充電時間 5min，車輛常溫 6C 快充循環可達 100 萬公裡。 該 6C 超級快充電池已在車型 AiON V 上搭載並在 2021 年 9 月份實現量產。 國軒在 2018 年開始佈局具備快充能力的能量型電 池，並已經實現 2-3C 電池的產業化。目前開發的超級快 充能量型三元電池，通過柔性大模組設計，提升整包空 間利用率，實現整車超長續航的同時匹配 800V 高壓系統 及 350kW 充電樁，可在用戶端實現“充電 5min，續航 250km”的超級快充體驗。同時，通過整體安全設計提升 電池安全性能，在電芯層面安全性能全面提升的同時杜絕 瞭整車級別熱失控風險，保證瞭用戶的安全。該電池將於 2022 年 -2023 年量產裝車。

電機

800V對於電機而言，挑戰的方向主要圍繞高速、電壓、散熱，對於量產而言，小型化和低成本也是考量的一個方面。對於高壓部分而言，最直接的影響便是軸承電腐蝕和定子繞組耐壓能力。

軸承電腐蝕

問題的來源：電驅系統采用PWM控制電路，實際工作中由於高壓電回路中存在雜散電感，而在二極管關閉的過程中，雜散電感因變化的電流會產生感應電壓，即電壓振蕩。

典型的雙電極電壓（極性從正極到負極交替變化的電壓）沖擊圖

Va:穩態沖擊電壓，對應直流電路電壓VdcVp：峰值電壓Vos：過沖電壓，即電壓振蕩，計算公式為Vos=L*di/dtdi/dt值更高，電壓振蕩幅度也更大。電壓振蕩幅度變大會帶來兩個問題，軸承電腐蝕和繞組局部放電。

軸電流：軸電流對軸承的電腐蝕，導電油封、陶瓷軸承，導電軸承、電刷、導電環

軸電流的形成：由於電機繞組中性點電壓在任意時刻都不為零，在PWM變頻供電時，定子繞組與殼體、定子繞組與轉子、轉子與定子鐵心以及軸承形成共模通路的等效電路，即共模電壓。共模電壓的值與電機母線電壓成正比，頻率受逆變器載波頻率影響。

對於軸承而言，作為等效電路的一部分，等比例形成對地電壓。在軸承油膜完好的情況下，軸承對地電壓和電機共模電壓之比定義為BVR。隨著電壓平臺的提升，BVR也會不斷增大，即800V平臺BVR值高於400V平臺。

另外，共模電壓產生軸對地電壓的同時，還會產生高頻感應軸電壓，進而產生共模電流，生成共模磁通，通過共模磁通產生感應軸電壓。共模電流的流經路線為通過定子繞組進入電機，流經矽鋼片，通過電機外殼接地流出。在電機轉速較低或者長時間運轉軸承溫度較高時，軸承潤滑和絕緣性能不足或下降，加之800V電壓平臺的提升，便會擊穿軸承油膜，破壞其絕緣性，進而在在軸承中會形成軸承電流。軸電流局部放電會產生高溫，破壞軸承表面平整度，俗稱軸承電腐蝕。軸承電腐蝕後會影響軸承正常運行，產生噪聲、振動，最終使得軸承完全失效。

如何避免軸承電腐蝕軸承電腐蝕形成的本質是因為軸承電壓的存在形成軸電流通過軸承，由於共模電壓的存在，因此軸電壓是無法避免的。因此規避軸承電腐蝕的的方式便主要有兩個方向，一是增加旁路電回路，軸電流通過旁路電回路，繞過軸承；二是采用電絕緣軸承。華為曾在2021年4月申請用來解決電腐蝕難題的專利，基本原理為通過增加旁路電回路，避免電流流過軸承。具體方案為通過在導電軸承的內圈中穿設導電柱，並將導電柱的外側壁與導電軸承的內圈過盈配合，導電柱另一端接地。實際運行中軸電流直接通過導電柱接地，電流不湧過軸承，從而避免軸承電腐蝕。該方案最大的難點在於導電柱與軸承配合連接。華為采用的思路與特斯拉相似，隻是為瞭專利規避，采用不同結構設計。以舍弗勒為代表的軸承企業則推出電絕緣軸承來避免軸承電腐蝕。與傳統軸承相比，電絕緣軸承無論是在外圈還是內圈均塗有絕緣塗層。塗層處理工藝為等離子噴塗工藝。下圖為不同類型的電絕緣軸承介紹。

軸承電流抑制技術

軸承防電腐蝕技術，減少高壓電腐蝕，提升電機可靠性及壽命

電機軸承電腐蝕是造成這些問題的主要原因，嚴重影響電 機的可靠性。矢量控制模式下，PWM 驅動電壓會在電機 三相繞組中心點和直流母線中點之間產生共模電壓，共模 電壓通過電機的寄生電容耦合到轉軸上，形成軸電壓，若 軸電壓超過油膜的擊穿閾值，就會在軸承的滾動體和滾道 之間局部放電，產生軸承電腐蝕，最終在軸承滾道上形成 電熔坑，類似搓板紋，導致電機運行過程總產生較大噪聲。 電腐蝕原理 ：電機運行時，轉軸兩端之間或軸與軸之 間產生的電位差叫做軸電壓。若軸兩端通過電機機座等構 成回路，則在軸電壓的作用下產生軸電流。軸電流是軸電 壓通過電機、軸承、定子機座或輔助裝置構成閉合回路產 生的，因正常情況下軸電壓較低，軸承內的潤滑油膜能起 到絕緣作用從而遏制軸電流產生 ；但當軸電壓較高，或電 機起動瞬間油膜未穩定形成時，軸電壓將使潤滑油膜放電 擊穿形成通路產生軸電流。 為應對軸承兩端電壓過大的問題，行業已有相關解決 方案。如 ：華為的專利高壓導流方案，通過增加額外的旁 路導電回路來釋放軸電壓和軸電流，可有效降低軸承間油 膜被擊穿的風險。同時采用特殊配比的、具備優異導電特 性和兼容性的導電油脂，耐溫耐壓，進一步提升軸承防電 腐蝕的能力。

因軸承電腐蝕產生的“搓板紋”過高軸電壓擊穿油膜產生電腐蝕 旁路導電回路釋放軸電壓和軸電流軸電流

繞組局部放電

絕緣系統：絕緣材料要求提高，成本增加。I型絕緣向Il型絕緣提升；安全間隙增加；絕緣處理的加強。

繞組：高速高頻下，繞組集膚效應和臨界效應帶來的繞組交流損耗快速上升，但對弈高頻下交流損耗的計算精準度還較差； 線間電壓差增大，同樣是絕緣系統PD的挑戰；

2種耐局部放電電磁線技術路線

高電壓對電機繞組的絕緣性提出瞭更高的耐壓挑戰，處置不當便會在絕緣局部區域達到擊穿場強，尤其是帶電體的尖端附近，形成局部放電，強烈的局部放電會破壞繞組銅線的絕緣性能，造成短路，引發電機失效。為瞭準確測量和評價繞組銅線的絕緣性能，常用PDIV（局部放電起始電壓）來作為評價參數。對於800V電機而言，銅線的PDIV要求甚至需要達到7KV。除PDIV外，外層絕緣漆還需滿足耐電暈的要求，電暈是由於導線表面的電壓強度很高，引起空氣電離而發生的放電現象。本質也是抑制局部放電對漆膜的破壞。（下文我們將以PDIV為主要要求展開研究）。尤其是對於扁銅線繞組而言，下圖位置更容剔出現局部放電，耐壓、耐電暈的要求更高。

降低局部放電的手段大概有三個方向。一是降低電壓，二是減少銅線曲率半徑小的部分，三是提升銅線表面絕緣性能，即提升PDIV值和耐電暈性能。對於電機而言，方向一根本不可取，方向二隻能部分優化，無法針對性做重大改進，因此方向三提升銅線的表面絕緣性能是重點研究方向。繞組的PDIV值可以根據經驗公式來進行估算，公式如下：

V=sqrt{(2*163*(frac{t}{varepsilon_{r}})^{0.46})} V:PDIV值(Vrms)T:絕緣材料厚度rer:材料相對介電常數從公式可以看出，PDIV與絕緣材料厚度成正比，與材料相對介電常數成反比。因此提升繞組的PDIV值也從這兩個方向來展開-增加絕緣漆厚度或者采用低介電常數的材料。為保證銅線利用效率的最大化，目前的技術方向為在盡量不增加漆膜厚度的情況下采用新型低介電常數的材料，此外在表面增加耐電暈塗層來避免降低局部放電帶來的危害。

由於PI材料介電常數較低，精達、金杯電工等企業采的PI絕緣外加耐電暈漆膜的方案，也稱厚漆膜的方式實現。如精達股份采用的是PI+耐電暈PAI的方式提升PDIV 和耐電暈性能。根據精達股份介紹，采用該種結構的漆包扁線，雙邊漆膜厚度在320um左右，常溫PDIV可達2200Vp以上，同時耐電暈性能能達到100小時以上。金杯電工同樣采用該方案，並且針對厚漆膜均勻性和附著性差的問題，采用耐電暈PI薄膜燒結工藝。厚漆膜的路線雖較為容易實現，但加工過程需要多道塗覆、烘烤，產品偏心度較大，尺寸一致性較差，後續加工漆膜開裂風險增加，進而影響PDIV性能。

PEEK材料具有耐高溫、耐腐t蟲、較好的機械性能等特性，因此是漆膜薄化的主要應用材料。國內佳騰電業、日本古河電工采用的是PEEK線技術路線。與厚漆膜路線相比，PEEK材料采用擠出工藝（中間層仍選用PI或者PAI，均勻性和一致性更優。電機企業中本田IMMD和采埃孚采用瞭PEEK技術路線。但PEEK線的成本和後續加工難度目前均高於厚漆膜路線。當前PEEK線的關專利歸日本古河電氣所有。關於未來，現在很難直接下定論厚漆膜和PEEK線的確定性。單從成本方面考量，厚漆膜路線更容易在平民車型上大量應用，PEEK線則主要應用在高溢價車型上。

定轉子鐵芯損耗與強度

鐵芯材料：高壓高轉速，對定子鐵耗、轉子強度； 高感低損矽鋼、剛強度矽鋼、轉子碳纖維包覆機械強度：高轉速下的軸系及殼體強度的要求提高，設計難度增加；選擇合適的材料及合理的結構設計，借助CAE分析規避設計風險。

減速器

800V系統高轉速對減速器挑戰:NVH：細高齒設計齒輪精度：7級-6級；5級-4級齒輪強度：高轉速、大扭矩，齒輪模態NVH的影響加工設備：加工設備精度、一致性等

電控

800V對控制器的挑戰：EMC：800V電壓及SiC逆變器頻率的提升，逆變器內部du/dt大幅提升，給控制器EMC設計的巨大挑戰絕緣：電氣間隙、爬電距離要重新設計可靠性：高功率密度、高耐熱、高頻率切換應用結構設計：磁環、屏蔽板的佈置及高低壓線路的走向佈置影響到整個控制器的結構設計；

控制器總成：高功率密度，減少尺寸、重量及成本，實現緊湊系統設計高電壓平臺，模塊化封裝，可擴展：400V-800V直流母排與註塑件集成設計冷卻方式 水冷EMC設計 》CIass3關鍵器件-IGBT：雙面水冷，自主封裝；SiC（模塊/單管）低熱阻：減小40％低雜散電感：《8nH集成高精度高靈敏度溫度傳感器（二極管溫感）新材料SiC：高耐壓、高開關頻率、高結溫、低損耗關鍵器件-PCB：DB與CB合板設計抗擾設計減少插件關關鍵器件-薄膜電容：集成化封裝設計冷卻方式：自然冷卻-水冷（外部）-水冷（內部）與X/Y電容集成關鍵器件-電流傳感器：三相電流傳感器集成設計與三相銅排、IGBT模塊、PCB集成設計

400 V切換到800 V系統時功率電子元器件耐壓升級

在電驅動系統方面，電壓的提高會對絕緣能力、耐壓等級以及爬電距離提出更高的要求，將對電氣部件的設計和成本帶來影響，但在工業電機等領域還是有比較豐富的高壓應用經驗可以借鑒，主要的難點在電機控制器的核心元件--功率半導體器件。目前滿足車規級標準的功率半導體器件中，最主流的矽基IGBT耐壓等級在600-750V，能在800V平臺上使用的高壓IGBT產品並不多，還存在著損耗高、效率低的缺點。開發1200V的IGBT成本太高。隨著耐壓能力更高、導熱性更好的碳化矽材料在技術上逐漸成熟，碳化矽MOSFET功率半導體器件開始在高電壓平臺上嶄露頭角。不僅在耐壓和損耗水平上都能滿足800V電壓平臺的需求，還具備進一步拓展至1200V電壓平臺的潛力。正在向空調壓縮機、PTC、DCDC、車載充電機等部件方面進軍。碳化矽MOSFET功率半導體器件的主要問題產能和成本兩方面。

碳化矽

碳化矽在功率半體層級有顯著性能優勢。比矽半導體。碳化矽的禁帶寬度是矽的3倍。使其具備在高溫下穩定工作的能力；碳化矽的電場強度是矽的15倍。使其導通阻抗低，導通能耗降低；碳化矽的電子飽和率是矽的2倍，可以有更快的開關速度，開關能耗降低；碳化矽的導熱系數是矽的3.5倍。帶來更好的散熱性能。

半導體級別下SIC和SI的比較主流半導體材料的物理特性Si基功率器件與SiC功率耐壓對比

碳化矽MOSFET可以大幅提升逆變器效率以及電驅效率，降低整車能耗。相比400V系統矽IGBT,無論400V系統還是800V高壓系統，碳化矽MOSFET逆變器損耗均可以降低50％左右，提升電驅效率繼而降低整車能耗。不同級別車輛能耗分析：從A00級別到大型SUV級別，碳化矽MOSFET電驅產品可以實現整車電耗降低5％-7％即同等容量電池下續航增加至少5％。

碳化矽電驅技術對整車能耗影響分析SiC 企業均已佈局 1200V/1700V 器件及模塊

單純從部件成本層看，當前 SiC 功率器件是 IGBT 的 2 倍左右。但從整車層面分析，使用 SiC 器件可提升整車 NEDC 效率 3% 左右，對於一個配置 100kWh 電池的高端 車，3% 的效率提升可以減少 2-3kWh 的配置電量，整車 節省成本 2000 元左右。從行業實踐情況來看，對於電池 配置在 70kWh 以上的車型中，使用 SiC 器件較為經濟。

空調壓縮機+PTC

空調壓縮機

高壓化對空調壓縮機的影響主要涉及兩方面 ：一是 對壓縮機控制器中的功率器件高壓化，二是對壓縮機電機 繞組的絕緣要求更高，其他設計與低電壓平臺沒有明顯區 別。具體實施方案如下 ：

控制器高壓化 ：驅動芯片由 600V 升級到 1200V，鋁電 解電容升級到薄膜電容，IGBT 功率管 600V 升級到 1200V。 電機高壓化 ：高壓電機導線直徑較細，對應絕緣漆 膜的厚度較薄，需加強導線絕緣，電機內層絕緣和外層絕 緣都采用耐冷媒 AI 塗層，由 AI-EI 1 級膜厚升級到 AI-EI 2 級膜厚。

高壓壓縮機電機

2018 年以前國內應用於新能源商用車的電動壓 縮機主要在 800V 以下，主要排量及最高轉速分別為 27cc/8500rpm，34cc/8500rpm。電動壓縮機主要生產廠 為我國本土供應商，包括 ：南京奧特佳新能源科技有限公 司，上海海立，華強等等，其它日本、德國、韓國等國際 電動壓縮機供應商基本隻量產 500V 以下產品。 近兩年隨著高性能 SUV 乘用車續航裡程增加， 電壓平臺需求達到 800V，所對應的壓縮機需求為 34cc/8500rpm/800V，40cc/8500rpm/800V，此制冷量范 圍可滿足乘員艙的空調及電池快充需求。國內壓縮機供應 商中，南京奧特佳新能源已完成的 34cc 和 40cc 電動壓縮 機的開發工作，已經正常量產供應。 隨著新能源電池快充的需求的增加，電池熱管理系 統的最大制冷量也發生瞭變化，由原來 8kW 的最大制 冷量提高到 15kW 制冷量，電壓范圍也達到 970V。對 應 15kW 制冷量的快充要求，壓縮機排量及轉速的關系 為 40cc/13500rpm，45cc/12000rpm，55cc/10000rpm。 目前行業內隻有德國馬勒已開發完成並量產 55cc 電動 壓縮機，國內電動壓縮機處在開發階段。南京奧特佳 已完成 45cc/8500rpm/1000V 電動壓縮 機 A 樣 開 發， 45cc/12000rpm/1000V 在 2021 年已完成 A 樣測試，2022 年第三季度達到量產供應。

PTC

450V 電壓平臺（最高 500V）PTC 已量產，方案成熟 可靠。但隨著充電電壓的提升，對 PTC 加熱器的耐壓要求 也在逐步提高。500V-750V，750V-900V，及 900V-1200V 的產品在 PTC 陶瓷片耐壓設計，絕緣要求等上面均有所不 同。需重點突破 PTC 芯片、高低壓隔離、絕緣及防漏電等 技術

1000V 電加熱器需提升耐壓等級、爬電距離及電氣間隙

500V-750V 產品，在原有 450V 電壓平臺上，通過增 加芯片厚度提高單位面積的耐壓水平即可，按最高使用電 壓 750V，芯片耐壓需保證能承受 1500V 耐壓即可，現有 的 PTC 陶瓷片配方體系無需變化，加熱包外部絕緣材料等 均能滿足要求，當前 500V-750V 電壓產品已實現量產。 750V-1000V 產品，若需要滿足 1000V 電壓使用，芯 片耐壓需 >1800V，除增加芯片厚度外，芯片的配方、工 藝等均需重新設計。在相同居裡溫度下，提升最小電阻的 對應溫度，並通過配方設計，讓曲線的溫度系數增加，使 工作區域的溫度點往高溫區移動。通過對自主芯片技術的 改良，提高芯片的抗壓強度和連續高低溫沖擊壽命，使芯 片的使用場景更加符合水加熱器的實際。同時，通過對配 方施受主比例的控制，反復研究高溫燒結曲線，顯著提升 芯片的耐電壓特性。 綜上，熱管理領域最重要的兩個高壓零件壓縮機與 PTC，面向 1000V 高壓都已經有技術儲備，具備量產能力。 需要說明的是即使使用 1000V 高壓平臺，對於 4C 這樣的 超級快充方案，往往會有 250A 以上甚至 500A 的充電電 流。相應的給電池冷卻仍帶來較大挑戰。對於整車熱管理 可能需要增加車輛前端散熱面積，復用空調箱換熱器散 熱、使用較大排量壓縮機，甚至采用電池直冷方案或者浸 沒式冷卻方案。

EMC

b81177e960db50e106f39bf968aa191eEMI抑制策略

超級快充：高電壓與大電流兩種充電方式

電動車的充電時間長短取決於電池能量和充電功率。功率越大，充電時間越短。充電功率由電壓和電流共同決定，因此，要想縮短充電時間，必須提高電流或者提高電壓。 相比高電流快充，高壓快充有望成為電動車的主流快充路線。根據熱力學 公式 Q=I^2 Rt，電流的提升會導致電氣系統發熱加劇，熱管理系統造成較大負擔, 同時能量轉化效率低，能量損失嚴重。相較之下，高壓充電以其低成本、輕量化、EMC 幹擾低、技術難度低等優點，成為現階段快充主流路線。高電流快充方案的代表是特斯拉的大電流快充方案，V3 超充樁最大輸出電流接近 520A， 最高充電功率 250kW。高壓快充方案的代表是保時捷的 800V 方案，其充電峰值 功率已達 350kW。

800V充電系統：控制器自帶升壓功能-電池包400V，中壓充電樁配備升壓功能，高壓充電樁。極速快充 Extreme fast charging，XFC

當前充電服務商，均具備瞭400kW以上充電樁的技術儲備。但目前我國采用的電動汽車充電標準還是2015年頒佈的，最大電壓和電流分別為950V、250A，最大充電功率被限制在240kW。充電樁新國標的落地，也將進一步推動相關產品的應用。

快充系統成本

快充系統成本低：市面上也出現基於400V系統的快充，但800V高壓系統可以在高功率充電應用下做到更低的系統成本。表1顯示瞭400V系統和800V高壓系統車輛總成成本的定性比較，更進一步體現為: 短期內800V充電250kW以上充電功率段，長期看800V充電150kW以上充電功率段，800V高壓系統有明顯的系統成本優勢。快充充電損耗低：相比400V系統，800V高壓系統充電電流小，電池損耗，線束損耗以及充電樁損耗都可以降低，實現充電節能。相比400V系統，一者800V高壓系統電池、電驅以及其他高壓部件電流小，相關部件損耗和線束損耗都可以降低；二者伴隨著第三代半導體碳化矽技術的引入，各高壓部件尤其是電驅部件的能耗可以大幅降低，實現車輛節能行駛。

快充成本分析

問題點：1、為瞭實現XFC，充電功率超過200kW通常需要液 冷式充電電纜，但目前還沒有關於如何將液冷電纜納入電氣 規范的既定協議。2、800V車輛的DC充電可能發生在標稱電壓為 400V和800V的充電站上，充電功能的多樣性挑戰瞭車輛高 壓系統在不同充電條件下的魯棒性。3、未來的充電基礎設施將需要在電壓和電流方面比現有充 電設備更加靈活，以同時滿足新舊車輛互操作性的需求。充電樁-太陽能發電-電池儲電，對車充電V2G。

800V平臺在整車端的應用也存在一定的技術和成本壓力。

1. 高壓電氣件的配套：現階段繼電器、熔斷器、分流器或霍爾等控制器件都以400V平臺為主，高壓器件的供給還需要供應商的技術水平提升和產能提升來配套。

2. 高充電倍率的電芯：電芯充電倍率提升需要電芯技術和生產工藝的提升，存在成本壓力。

3. 高BMS管理能力：因電池串聯數量增加近2倍，達到近200串，增加瞭BMS的負擔，在整個生命周期中的監控和管理提出更高的要求。

4. 高功率半導體：現階段400V平臺中各高功率器件（PDU、DCDC、OBC等）以Si IGBT為主，隨著功率模塊控制頻率提升、控制電壓提升，功率半導體向高電壓、大電流、耐高溫、高頻率、低損耗、體積小等方面發展。SiC Mosfet應運而生成為800V平臺功率模塊的未來。但生產周期長，技術難度高，成本高等還需時間消化。

充電相關標準

2023年標準2022年標準

GB/T27930-GB/T34657-GB/T38775-GB/T0428-GB/T40032

GB/T 20234.1-2015 電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求（CN）

GB/T 20234.2-2015 電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口（CN）

GB/T 20234.3-2015 電動汽車傳導充電 充電連接裝置 第3部分：直流充電接口（CN）

GB/T 18487.1-2015 電動汽車傳導充電系統 第1部分：通用要求（CN）

GB/T 41589-2022 電動汽車模式2充電的纜上控制與保護裝置（IC-CPD）

國內標準研究方面，對於充電連接裝置，2020 年 汽標委已啟動GB/T18487.1/20234.1、27930.1/27930.2、 20234.3/20234.4的標準修訂工作，標準修訂考慮瞭大功率 高壓充電的需求。 2022年由中國電力企業聯合會組織報批的《GB/T 18487.1 電動汽車傳導充電系統 第 1 部分 ：通用要求》 中，直流額定最大電壓推薦值增加瞭1000V與1250V, 以 滿足未來新能源汽車高壓化發展需求。 2021 年由 C-SAE 發佈的《T/CSAE 178-2021 車 載高壓連接器系統技術要求》將車載高壓連接器引入標 準，通過標準研究推進新能源汽車、充電系統高壓化協同 發展。 國際標準研究方面，由中國電力企業聯合會提出的 面向未來的 ChaoJi 標準，將 1000V、1500V 作為乘用 車、商用車的電壓等級標準。

如何用400V的充電樁給800V電池充電

緯湃科技-總體會有三種解決方案。第一種是重置電池，把800V電池變成兩個400V的，充電樁還是用400V。第二種是通過直流升壓轉換器進行升壓。第三種是通過復用逆變器和電機電感實現升壓充電，即直流升壓逆變器。

考慮到成本和體驗，我們認為，直流升壓逆變器是比較合適的方法。

直流升壓逆變器是比較理想的方案，相當於運用車內已有的電驅系統，復用逆變器、電機來實現，性價比最高。

第二個要介紹的是多功能電子箱，這一產品的初衷是將驅動、充電、反向充電等功能集成在一個零部件內。它的核心是一個比較特殊的逆變器，每相由一個直流轉化器組成，有4個開關，1個電感，1個電容，可以實現雙向升壓降壓，通過復用濾波、控制、冷卻和外殼等降低成本與體積。

不完全依賴於車用電池電壓電機，多功能電子箱可以通過中間的接電單元將其接入到不同的用電或者供電單元上，可以實現交流充電、三相交流充電、高壓充電，400V/800V，反向充電，電驅等各種功能。

該產品的優勢在於：對於充電而言，在峰值負載條件下，車載充電效率可以提升1.5%；對於電驅而言，在WLTP工況下的繞組和導通損耗小，由於輸出電壓為近似正弦波，電機諧波損失大幅減少而電機效率提升，總效率會提升。但是也面臨安全上的挑戰，比如針對額外漏電的安全保護措施。

800V平臺車型

車企高電壓平臺佈局多款基於800V平臺打造的快充車型已於海內外上市

快充方案

保時捷Taycan高壓架構

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2019年4月保時捷Taycan Turbo S全球首發，800V全球首款純電動車型誕生。性能上，最大充電功率可達320kW即一般120kW快充樁的2一3倍；高壓動力電池。前驅動電機，後驅動電機。車載充電機和PTC部件均采用瞭800V電壓平臺。

充電解決方案

對於如何兼容現有的400V充電樁的問題，Taycan選擇瞭額外搭載一臺直流車載充電機，首先將400V充電樁輸出的充電電壓升壓至800V後，再對電池進行充電。

現代E-GMP平臺上IONIQ（艾尼氪）5

現代E-GMP平臺

2020年12月2日。現代汽車集團全球首發瞭全新電動汽車專用平臺"E-GMP",該平臺同樣可以實現800V功能的性能上。最大充電功率350kW。支持電池充電由10％到80％僅需18min：全部部件包括高壓動力電池。前驅動電機。後驅動電機，電池加熱器，座艙加熱器以及高壓空調，均采用瞭800V電壓平臺。

E-GMP平臺搭載瞭400V/800V多功能快充系統，可以通過車輛的驅動用電機和逆變器，將400V充電樁提供的電壓升壓至800V電壓，來對電池進行充電。

奔馳的EVA平臺、通用的第三代純電動平臺、捷豹路虎的電氣化平臺，也都紛紛選擇瞭800V作為車輛的運行電壓。此外，雖然MEB平臺的車型才上市不久，但大眾也迫不及待地提出瞭Trinity項目，預計將於2026年應用800V超充技術。國內方面，比亞迪是較早佈局相關技術的廠商。借助高壓℃BT方案，比亞迪將e平臺旗下車型的電壓提升至瞭600V以上，唐新能源更是達到瞭700V。

小鵬G9 800V高壓架構，

S4 超級充電-配套快充樁，該車采用 800V SiC（碳化矽）高壓 電驅平臺，綜合續航裡程可提升 5%，充電 5 分鐘續航可增加 200 公裡。

小鵬G9則采取瞭高電壓+大電流的方式，其4C版本在搭載800V平臺的同時極限電流可以達到600A以上，實現瞭430kW的極限功率。

小鵬G3i這樣，整車高壓電氣系統電壓范圍在230V-450V左右，取中間值400V，籠統稱之為400V系統。

SEA平臺

BYD

比亞迪高電壓平臺佈局

高電壓電驅升壓充電方案，400V充電樁-DCDC升壓到500V後進行充電。向800V的過渡方案。比亞迪提出瞭基於復用功率器件的三相四線制 電機升壓充電系統架構實現升壓充電的方法。在功 率電路拓撲結構設計上，將電驅動系統和直流升壓充 電系統深度融合，復用逆變器三相橋臂和電機三相繞 組組成典型的 Boost 升壓電路，通過三相橋臂斬波控 制泵升充電樁電壓後給動力電池充電。通過電機中 性點引出線配合繼電器-電感-電容電路實現驅動和充電工況分時復用

比亞迪大功率電機升壓充電拓撲電路

采用驅動充電一體化的高壓拓撲架構，避免瞭配 備獨立的升壓直流變換器帶來的成本短板，卻也同步 帶來瞭電機損耗增加和充電過程扭矩輸出安全的問 題。需綜合運用功率模塊三相橋臂同相和錯相協同 控制技術，解耦控制三相電流和電機中性線電流。在 充電啟動時運行於錯相位控制模式，抑制電機中性線 紋波電流幅值，降低電磁幹擾；在充電過程中運行於 同相位控制模式，抑制電機三相紋波電流頻率和幅 值，降低電機定轉子的鐵心損耗。同時，通過基於三 相電流精確檢測的實時扭矩估算方法，確保電驅動系 統升壓充電過程中零扭矩輸出功能安全。

嵐圖汽車

最新 800V 高壓 超級快充技術是一套系統架構，包括 超級快充系統和電池及電驅總成，支持無線充電。能夠實現充電 10 分鐘， 續航 400 公裡。能 夠 實 現“ 充 電 5 分 鐘， 續航 200 公裡”的超倍速電池技術 和 全 球 充 電 功 率 最 高 的 A480 超 充 樁，其研發的高壓平臺最高工作電 壓可達 880V，最大充電功率達到瞭 480kW。

華為

整車選擇高壓架構是 實現超級快充的必經之路，800V 左右 的高壓在當前可支撐實現 2C 快充。對 於一輛搭載 100kWh 電量的電動汽車 而言，在當前 400V 電壓平臺、250A 電流下，需要 30 分鐘才能充電 30％～ 80％，而如果電壓提升到 800V 左右， 15 分鐘就可實現，達到 4C 的效率， 基本上能滿足現階段消費者的快充需求。未來，隨著電流提升到 500A， 800V 高壓車型可輕松實現 7.5 分鐘充 電 30％～ 80％，真正達到像加油一樣 的充電體驗。

北汽新能源-藍谷

800V動力系統