保時(shí)捷Mission E的概念車廣告主題叫致敬未來(lái)，作為電動(dòng)力總成系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)就是電壓的提升，比常規(guī)電壓高了一倍，達(dá)到800V這一等級(jí)，實(shí)際其電壓范圍應(yīng)在500V~1000V。這里，為了方便接著以前的文章進(jìn)行討論，繼續(xù)使用1000V這個(gè)等級(jí)名稱。

1000V這個(gè)等級(jí)相對(duì)于常規(guī)的400V系統(tǒng)，有了很大的區(qū)別，筆者在前面《1000V高壓系統(tǒng)就要來(lái)了，整車開(kāi)發(fā)該怎么應(yīng)對(duì)？》對(duì)整車開(kāi)發(fā)上的區(qū)別做了一些介紹。而在如何實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)架構(gòu)上，Enabling fast charging- Vehicle considerations這篇文章里提到如下幾種支持這種高壓架構(gòu)的方案。

方案一：純1000V電池高壓系統(tǒng)

顧名思義，電池系統(tǒng)采用1000V高壓，電動(dòng)力總成系統(tǒng)，包括電驅(qū)動(dòng)、電力電子、充電系統(tǒng)等也都采用1000V的系統(tǒng)。

這個(gè)架構(gòu)上來(lái)說(shuō)最簡(jiǎn)單，根據(jù)輸電原理，提升電壓的同時(shí)還可以降低線損，提升系統(tǒng)效率，但在工程實(shí)現(xiàn)起來(lái)也是最難的，滿足乘用車電動(dòng)力總成的1000V器件在目前市場(chǎng)上很少，普通工業(yè)用品又無(wú)法滿足乘用車復(fù)雜的需求，如果對(duì)單家公司獨(dú)立重新開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用無(wú)法進(jìn)行分?jǐn)偅沟谜囬_(kāi)發(fā)費(fèi)用奇高，最終消費(fèi)者是否愿意買單還不一定。

圖1： 純1000V電池高壓系統(tǒng)

方案二：500V*2的可配置系統(tǒng)

方案二的配置包括500V的高壓母線，500V/12V的DC/DC、500V的變頻器，500V的空調(diào)壓縮機(jī)、500V的車載充電機(jī)，還有可配置的電池系統(tǒng)。

這種方案好玩的地方在于電池系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)的不同狀態(tài)對(duì)其電壓的進(jìn)行配置，也即，將電池系統(tǒng)分為A、B個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊電壓均為500V，在放電和交流充電的條件下，兩者并聯(lián)，高壓直流母線為500VDC，電池系統(tǒng)容量為單個(gè)電池模塊的2倍；而在大功率充電的情況下則A、B兩個(gè)電池模塊串聯(lián)，系統(tǒng)電壓1000VDC，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)及輸出部分與電池系統(tǒng)隔離。

這種方案的好處是僅有快充條件下，高壓電氣系統(tǒng)為1000VDC，其它條件下的電動(dòng)力總成系統(tǒng)為500VDC，這對(duì)于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)大有好處，可以選擇的部件非常多，但電池系統(tǒng)及其控制策略復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)不同的控制模式來(lái)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的狀態(tài)，由于電壓平臺(tái)不一致，所以一旦系統(tǒng)控制失敗，則可能會(huì)損壞500V等級(jí)的部件。

圖2：500V*2的可配置系統(tǒng)

方案三：DC/DC+400V電池系統(tǒng)

其實(shí)，從方案二開(kāi)始，方案二、方案三、方案四均從工程實(shí)際出發(fā)，未解決方案一中工程上難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題而對(duì)高壓系統(tǒng)做出的調(diào)整，方案二已如前述，主要從電池的配置角度來(lái)解決問(wèn)題，而方案三和方案四則從電池的充放電兩端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適配。

先看方案三，方案三的配置為：400V的電池系統(tǒng)，400V的高壓母線，400V/12V的DC/DC、400V的變頻器，400V的空調(diào)壓縮機(jī)、400V的車載充電機(jī)，在1000V充電系統(tǒng)與400V的電池之間，配備1000V轉(zhuǎn)400V的高壓DC/DC變換器。

除了高壓DC/DC之外，系統(tǒng)其它部件均為工程常見(jiàn)部件，這使得開(kāi)發(fā)難度大大降低，而項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)就鎖定在1000V-400V的高壓DC/DC，相對(duì)于全部開(kāi)發(fā)1000V電力電子零件的方案一，這個(gè)難度就減少了很多，但對(duì)于電池系統(tǒng)，其充電電流會(huì)達(dá)到驚人1000A，這是電池內(nèi)部，電池與高壓DC/DC之間的線纜的設(shè)計(jì)將成為一個(gè)難點(diǎn)。

圖3： DC/DC+400V電池系統(tǒng)

方案四：DC/DC+1000V電池系統(tǒng)

方案四與方案三類似，其配置400V的高壓母線，400V/12V的DC/DC、400V的變頻器，400V的空調(diào)壓縮機(jī)、400V的車載充電機(jī)，與方案三不同的地方在于，方案四的電池系統(tǒng)為1000VDC，在1000VDC電池系統(tǒng)與400V的高壓母線之間，配備1000V轉(zhuǎn)400V的高壓DC/DC變換器。

方案四就避免了方案三對(duì)電池系統(tǒng)電氣的要求，由于電池系統(tǒng)的電壓升高，電池系統(tǒng)的最大電流得到限制，電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將得以簡(jiǎn)化，而此時(shí)高壓DC/DC在放電時(shí)需要對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)進(jìn)行供電，而在交流充電時(shí)，又需要從高壓母線升壓到1000VDC對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，因此該高壓DC/DC需要設(shè)計(jì)成帶有反向充電的功能，或雙向方案。

圖4： DC/DC+1000V電池系統(tǒng)

小結(jié)

高壓架構(gòu)其實(shí)是一種系統(tǒng)化思維的方式，它關(guān)系到系統(tǒng)的配置，子系統(tǒng)的選擇，工程開(kāi)發(fā)的難易，系統(tǒng)成本的大小，在電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了車載電動(dòng)力總成系統(tǒng)外，還有大功率充電的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)問(wèn)題，用戶的使用便利性問(wèn)題，在考慮一種新平臺(tái)的電動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，這些不能忽略。

保時(shí)捷宣稱其高壓動(dòng)力總成系統(tǒng)為800V系統(tǒng)，但具體高壓架構(gòu)如何，還真不知道，也歡迎留言討論。

今天，再次致敬Mission E。

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