全球车辆电气化正在进行中，这对车辆设计人员提出了挑战：最大限度地扩大续航里程并最大限度地减少充电时间。从电池制造的新材料和化学工艺到超快充电的新系统，最近在电动汽车上推出了几项技术创新正在进行测试。

一种可能对电动汽车设计方式产生重大影响的解决方案与电动汽车电池电压有关。尽管当今大多数电动汽车使用 400V 电池，但向 800V 架构的明显过渡，影响了越来越多的新制造车辆。

400V至800V转变的优势

800V架构的第一个优势是它允许电动车以前无法达到的速度和充电时间。理论上，充电时间将减少50%，充电功率可达350-360 kW。这就是汽车行业正在逐步迁移到这种高压架构的原因，这种架构现在只在一些高端电动汽车中提供。

在充电期间增加发送到电池的功率有两种可能的途径：增加电压或增加电流。第二种选择是最不利的，因为它需要更大的电缆来支持更高的电流。应该注意的是，今天的一些快速充电站使用液体冷却系统来避免损坏电缆或充电连接器。

增加传输到电池功率的更好解决方案是增加电压。由于电流通过导体时遇到的较低电阻，这种方法减小了所需的电缆尺寸。并且由于要消散的热量更少，因此热管理得到了改善。

如果热量不能足够快地排出，那么在大电流下充电就变得特别隐蔽。在这种情况下，负极表面会形成枝晶，从而导致电池性能下降和潜在的故障风险。

400V至800V转变的设计挑战

800V 架构的实施对当前部署的充电基础设施和EV设计成本都有重大影响。

例如，特斯拉目前生产的车辆使用400V架构，车载电气设备和专有充电站都在该架构上进行了调整。根据特斯拉的说法，生产车辆可能迁移到 800V架构的优势将被重新设计其他车载设备和更新增压器网络的33,000多个充电站所需的成本增加所抵消。

相反，特斯拉正在评估在目前正在开发的电动汽车上引入800V 解决方案的可能性，即 Semi 卡车和 Cybertruck 皮卡。

全电动半挂车Tesla Semi（来源：Tesla Motors）

另一个挑战是需要从设计项目的初始阶段开始审查电动汽车不同部分的设计。将电池电压从400V提高到800V需要对电机、逆变器、导体、绝缘系统等进行重大更改。在技术限制中，使用800v的高压导体需要比400v更高的绝缘要求。

部署SiC以简化过渡

为了支持越来越多的电动汽车需要充电基础设施，将80%容量的充电时间缩短到不到15分钟。升级到800V架构可带来显著优势，例如更高的充电功率输出、更低的充电电流、减少的电缆功率损耗、更低的电池过热、降低的整体车辆重量以及最终降低的成本。

碳化硅技术是实现向800V架构过渡的关键。与传统的硅器件相比，SiC功率器件具有以下几个优势：

• 10倍高的电场，与硅相比，它允许在更小的芯片面积内实现更高的阻断电压。这使得SiC MOSFET能够在甚至高于3 kV的击穿电压下工作，而硅 MOSFET 通常限制在 1 kV 以下

• 比硅更低的导通电阻 (RDS(on)) 和更低的关断漏电流

• 非常低或无反向恢复电流，加上比硅高5倍的开关频率，提高效率并减少电容器和磁性元件的尺寸和重量

• 提高导热性，使SiC器件具有高强度和承受能力高温，从而减少或消除对冷却系统的需求

上图显示了不同类型晶体管的导通电阻与电压的关系。理论上，即使在非常高的电压下，SiC-DMOS 器件也应该提供非常低的 RDS(on) 值。图中，真实的 SiC-DMOS 器件落在椭圆标出的区域内。可以看出，在相同电压下，DMOS 器件的 RDS(on)值明显低于采用其他技术制造的晶体管。

从性能和成本的角度来看，上述特性使具有1.2kV击穿电压的SiC 器件成为在EV上实施800V架构的理想解决方案。

800V 架构中的SiC应用

典型的电动汽车快速充电站框图下图所示。交流电首先经过滤波以抑制杂散分量或尖峰，然后由逆变器（AC/DC 转换器）转换为直流电。这个有源前端块从电网获取单相或三相电力，并输出到直流中间电压。

快速充电站框图

下一级是隔离式DC/DC，包括一个DC/AC和一个AC/DC转换器。这一级提供所需的高电压水平的电池，当然，需要适当的隔离。

充电站通常包括15至30 kW 的模块，这些模块堆叠在一起达到今天的150 kW，但可能能够提供 350 kW 的功率。最新一代的SiC器件与适当的封装和电路拓扑相结合，很快将允许部署数量减少的60kW 模块。

如何在电动汽车中取代硅

上图的通用车辆框图显示了如何通过将传统的硅基IGBT或硅MOSFET替换为额定功率为1,200 V 或更高。这些设备包括牵引逆变器、主 DC/DC 转换器、车载充电器和辅助 DC/DC 转换器。

未来

将电压从400V提高到800V可以将EV的充电时间从40分钟缩短到不到 15 分钟，从而可以提高车辆的效率、减轻其重量，降低其最终价格。最新一代的SiC器件被提议作为实现800V架构的理想解决方案，这要归功于它们在高压应用中优于硅的电气特性，以及器件实现的高可靠性和成熟度。然而，电压水平的提高对充电基础设施和电动汽车设计都有重大影响，需要升级绝缘措施。

就目前情况而言，大多数汽车制造商似乎都同意未来的电动汽车将基于 800V 架构。目前正在探索的一种替代方法是“更换电池”的做法，以减少驾驶员必须花费的时间来确保车辆充足电。但如果基于SiC的800V解决方案的快速充电技术能够很快实现超过10分钟的充电时间，那么这种替代方法可能就没有必要了。