混动系统集成化设计-下｜盖世大学堂混动系统系列知识讲解

一、800V电压平台在混动系统中的优势

在混动系统发展进程中，充电效率与续航问题备受关注。依据功率公式P=U×I，提升充电功率可通过提升电压U或电流I实现。但增大电流会引发散热安全和充电损耗问题，以400V架构为例，若要达到300kW的超快充功率，电流需提升至750A，然而，根据焦耳定律Q=I?Rt，电流增大将导致充电设备和电池散热压力剧增，在相同时间内，电流每提升一倍，产生的热量变为原来的四倍。

相比之下，提高充电电压成为实现超快充的关键思路。当电压提升至800V时，即便在国标上限250A电流的非800V普通充电桩下，也能实现接近200kW、2C充放电倍率的快充，充电功率相比普通400V平台提升一倍。例如，对于容量为100kWh的电池，4C充电功率为400kW，400V电压下充电电流需1000A，远超车规线束电流极限，无法实现4C快充；而800V电压下，充电电流仅需500A，可顺利实现4C快充，且在10% - 80% SOC区间，仅需10分钟即可完成充电。

此外，800V电压平台还能降低线材直径和重量，提升车辆轻量化水平。在高压电气架构下，功率不变时，续航里程增加，驱动系统更易实现高功率和大转矩输出，工况运行效率得以提高。综合来看，800V电压平台在提升充电效率、解决续航焦虑等方面优势显著，成为高端电驱动系统的理想电压等级选择 。

二、800V电驱动系统开发的必要性与关键研发路径

随着新能源汽车的普及，用户对其要求日益提高，充电快速便捷成为主要诉求，期望能像传统汽车加油一样，在15分钟内完成快速充电。在这种需求背景下，800V电驱动系统的开发显得尤为必要。

从技术角度分析，电流提高受制于250A的国际标准，400V电压下充电功率通常不超100kW，且业界认为500A是车规级线束接插件的极限，这使得400V系统下200kW左右的充电功率成为许多车辆设计的瓶颈。而800V高压系统可将充电功率极限提升至400kW，有效突破这一限制。

800V电驱动系统的关键研发路径涉及多个方面。在高压电器电子元器件方面，需关注功率模块，如IGBT或碳化硅器件的应用；新型绝缘材料与工艺的研发至关重要，电机绝缘性能直接影响系统安全性与稳定性；高电压会引发轴承电腐蚀问题，需采取有效抑制措施；碳化硅芯片的应用及升压模块的设计也是研发重点；此外，还需考虑800V电压对EMC的影响，以及充电一体化集成、升压充电、零转矩控制、电荷泵和升压器等相关技术的研发 。

三、800V系统对新型绝缘材料的要求与测试

800V电压平台的应用对绝缘材料提出了更高要求。需对相关绝缘材料进行多方面测试，以确保其性能满足系统需求。

PDIV测试是评估绝缘材料性能的重要手段之一。通过对PAI(CR)、PI、PEEK等材料在不同温度下的PDIV测试发现，不同材料的PDIV值随温度变化呈现不同趋势。例如，在20°C - 240°C的测试温度范围内，PAI(CR)、PI、PEEK的PDIV值各有差异，且从室温到高温，其衰减斜率也不尽相同。在选材时，需综合考虑材料在不同温度下的PDIV值以及衰减情况，一般电机运行温度在160 - 180°C之间，所选材料在此温度区间应能满足绝缘要求。

BDV测试同样关键，它反映了绝缘材料的击穿电压性能。对不同绝缘厚度的材料进行BDV测试结果表明，材料厚度与BDV值呈正相关，但在实际应用中，需考虑电机槽结构，若绝缘层过厚，会减少线的层数，影响电机效率。

老化试验用于考察绝缘材料的可靠性，通过对材料老化7天、14天、21天和28天的PDIV和BDV测试，计算衰减率。衰减率越小，材料的可靠性越高。例如，PAI、PI、PEEK在老化试验后的衰减率各不相同，这为材料选择提供了重要参考依据 。

四、市面混动系统集成化设计方案与趋势

当前，混动系统集成化设计趋势明显，集成部件数量成为各企业产品竞争的关键因素之一。集成化沿着“3 + 3 + X”方向发展，其中第一个“3”指电机、电控、减速器组成的三合一电驱系统；第二个“3”是OBC、DCDC(直流 - 直流转换器)、PDU(电源分配单元)构成的三合一高压充配电系统；“X”涵盖VCU(车辆控制单元)、BMS(电池管理系统)、热管理控制等。

非车企内部的Tier 1供应商一般只能做到三合一混动系统，而多合一方案主要服务于控制器集成化。多合一混动系统的开发受车企E/E部门诸多因素制约，包括控制器开放程度、商务条款、量纲、开发能力以及电磁兼容等，因此开发多合一混动系统的企业多为车企内部独立的混动系统供应商，如吉利推出了12合1的集成产品。

在混动系统集成化发展历程中，2021年之前主要聚焦于混动系统和充配电系统的集成，之后VCU、BMS的加入使集成度进一步提升，形成“七合一”和“八合一”系统。2023年，集成TMCU、PTC(正温度系数热敏电阻)的“十合一”产品问世。如今，集成化朝着软件集成方向深入发展，致力于实现真正的软件与硬件深度融合 。

五、集成化设计理念及方案的优化方向

混动系统机械架构同质化现象严重，难以形成显著差异化，促使车企将重点转向软件集成与逻辑控制方案。

在软件集成方面，优化信息流是关键。以丰田普锐斯方案为例，通过将通信流从原先经过HV的复杂过程转移到电机MCU上，简化了信息流，缩短了信息通信时间，将部分判断功能从上位机直接转移到执行单元，提升了系统响应速度和运行效率。

在硬件集成上，目前已实现了MCU、TCU、BMS、PDC(功率分配控制器)、VCU等多种控制器的集成，有效降低了零件成本和体积。不过，油泵控制器因油泵设备的特殊性，通常由油泵公司独立提供并集成，尚未完全纳入整体集成范畴。但随着技术发展，未来小三电(电机、电控、电池)的控制器将进一步细化和集成，以提升整个混动系统的集成度和性能 。

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