凭借 800V 电动汽车动力总成设计解决“里程焦虑”问题

  电动汽车 (EV) 普及率的上升激发了市场对优化设计、减少相关成本和提升车辆运行效率的需求，并为产品测试提出了新的难题。各种功率转换器和牵引逆变器构成了电动汽车动力总成子系统的核心，一定要通过测试方可使其达到最出色的效率水平。尽管SiC/GaN 等宽禁带半导体器件能够为此提供积极的支持，但我们仍有其他测试难题需要应对。

  电动汽车 (EV) 普及率的上升激发了市场对优化设计、减少相关成本和提升车辆运行效率的需求，并为产品测试提出了新的难题。各种功率转换器和牵引逆变器构成了电动汽车动力总成子系统的核心，一定要通过测试方可使其达到最出色的效率水平。尽管SiC/GaN等宽禁带半导体器件能够为此提供积极的支持，但我们仍有其他测试难题需要应对。

  800V动力总成架构的引入堪称一次里程碑式的飞跃。下面我们就来了解一下，目前存在哪些与 800V 电动汽车动力总成架构有关的设计和测试难题。

  800V动力总成架构指的是标称工作电压为 800 伏的电动汽车上的电气系统。与目前的电池电动汽车 (BEV) 普遍采用的 400V 动力总成架构相比，该架构的性能有了明显提升。在使用400V 动力总成架构的电动汽车时，用户必须在公共直流快速充电器 (DCFC) 上为车辆充电 40 至 120 分钟。具体充电时间会受到负责将所需电流输送到电池组的实际电缆尺寸的限制。而800V 电池电动汽车能够达到 350 或 400 千瓦的超高充电速率，是一种很有潜力的技术发展路线 伏架构的电池电动汽车能够在很大程度上缓解甚至消除用户的“里程焦虑”。将电压加倍的同时保持原有的电流不变，将导致车辆的能量输入增至二倍。将车辆的充电速度提升 50％（也就是将充电时间减少 50％）能够极大地减轻用户在长途旅行期间对电池的电量用尽的担忧。

  2020-2030年的 800V 系统生产份额增长情况条形图。数据来源：yole 公司的市场调研结果

  采用 800V 系统的车辆仅需花费不到 23 分钟的时间，即可使电量由 5％ 增加到 80％，所增加的续航能力约为 200 英里。这与当今主流的 400V 电池动力总成系统长达 40 至 120 分钟的充电时间形成了鲜明对比。

  此外，升高后的电压能够以更小的电流传输相同的电量，因而可以有明显效果地缩减动力总成中电缆与连接器的直径、减轻电动汽车的重量，并最终延长同等级电池组的行驶里程。

  不仅如此，将工作电压由 400 伏过渡到 800 伏还有助于提高动力总成子系统的整体运行效率并简化车辆的热管理流程。

  按照市场调查与研究机构 Yole 的说法，预计到了 2023 年，800V 系统将开始成为整个汽车行业的主流解决方案。上文提到的诸多优势将成为这一转型过程的重要驱动力，并有效推动汽车行业，尤其是高端车辆领域向 800V 系统转进；其中奥迪、保时捷、现代和起亚等汽车制造商已经启动了早期的相关商业化布局。尽管目前仅有少数公共 DCFC 充电站能够全面支持 800V 架构，但相关数字仍在逐日增长，而且在接下来的 5 年中，大多数公共 DCFC 充电站很可能开始支持 150 kW 甚至更高的充电功率。

  选择硬件方法时很重要的一点，就是要采用 SIC 和 GAN 开关等宽禁带(WBG) 半导体器件。选择这类器件的原因是它们具有较高的切换速度和较大的温度容差。这一些器件能够在高温下有效运行，从而在提升效率的同时降低了总谐波失真 (THD)。宽禁带半导体器件较宽的工作时候的温度范围还有助于简化逆变器的设计，同时最大限度减少器件对热管理系统的需求。在与 JEDEC 和 IEC 等标准化组织的合作中，我们专注于建立开关分析和二极管反向恢复测量的有关标准，从而能够在表征宽禁带半导体器件的性能方面发挥至关重要的作用。

  在验证和诊断电动汽车牵引电机和逆变器的设计问题时，示波器能够发挥举足轻重的作用。它能够在一定程度上帮助设计人员满足严苛的工作效率要求。但我们一定要要认识到，仅凭示波器可能没办法满足所有的测量需求。这时探测解决方案和分析软件就能够派上用场了。光学隔离电压探头能够在一定程度上帮助设计人员对高电压栅极驱动器执行测量。

  泰克可凭借旗下的 4 系列 B MSO、5 系列 B MSO 和 6 系列 B MSO 示波器为工程师提供宽禁带双脉冲测试 (DPT，简称双脉冲测试）解决方案，帮助其针对最先进的功率转换器设计的具体方案做准确且可重复的测量。作为补充，工程师可通过泰克的 IMDA（逆变器电机驱动器分析）等支持专门定制的软件对 PWM 和机械数据来进行三相测量，从而提升该解决方案的整体实用性。

  为了能够在关键时刻以合适的幅度和频率做测量，一定要采用专用的电流和电压探头。5 和 6 系列 MSO 示波器支持高通道数、逆变器分析软件和多功能探测选项，对于负责设计电动汽车动力总成的工程师而言堪称绝佳的解决方案。