憑借 800V 電動汽車動力總成設計解決“里程焦慮”問題
2024-02-21 11:11:22 泰克電動汽車 (EV) 普及率的上升激發了市場對優化設計、降低成本和提升車輛運行效率的需求，并為產品測試提出了新的難題。各種功率轉換器和牽引逆變器構成了電動汽車動力總成子系統的核心，必須通過測試方可使其達到最出色的效率水平。盡管SiC/GaN 等寬禁帶半導體器件能夠為此提供積極的支持，但我們仍有其他測試難題需要應對。
800V 動力總成架構的引入堪稱一次里程碑式的飛躍。下面我們就來了解一下，目前存在哪些與 800V 電動汽車動力總成架構有關的設計和測試難題。
利用 800V 系統解鎖應用潛力
800V 動力總成架構指的是標稱工作電壓為 800 伏的電動汽車上的電氣系統。與目前的電池電動汽車 (BEV) 普遍采用的 400V 動力總成架構相比，該架構的性能有了明顯提升。在使用400V 動力總成架構的電動汽車時，用戶必須在公共直流快速充電器 (DCFC) 上為車輛充電 40 至 120 分鐘。具體充電時間會受到負責將所需電流輸送到電池組的實際電纜尺寸的限制。而800V 電池電動汽車可以達到 350 或 400 千瓦的超高充電速率，是一種很有潛力的技術發展路線。
過渡到采用 800 伏架構的電池電動汽車能夠在很大程度上緩解甚至消除用戶的“里程焦慮”。將電壓加倍的同時保持原有的電流不變，將導致車輛的能量輸入增至二倍。將車輛的充電速度提升 50％（也就是將充電時間減少 50％）能夠極大地減輕用戶在長途旅行期間對電池電量用盡的擔憂。
2020-2030 年的 800V 系統生產份額增長情況條形圖。數據來源：yole 公司的市場調研結果
增加電池電動汽車的續航里程
采用 800V 系統的車輛僅需花費不到 23 分鐘的時間，即可使電量由 5％ 增加到 80％，所增加的續航里程約為 200 英里。這與當今主流的 400V 電池動力總成系統長達 40 至 120 分鐘的充電時間形成了鮮明對比。
此外，升高后的電壓能夠以更小的電流傳輸相同的電量，因而能夠有效縮減動力總成中電纜與連接器的直徑、減輕電動汽車的重量，并最終延長同等級電池組的行駛里程。
不僅如此，將工作電壓由 400 伏過渡到 800 伏還有助于提高動力總成子系統的整體運行效率并簡化車輛的熱管理流程。
按照市場調研機構 Yole 的說法，預計到了 2023 年，800V 系統將開始成為整個汽車行業的主流解決方案。上文提到的諸多優勢將成為這一轉型過程的重要驅動力，并有效推動汽車行業，尤其是高端車輛領域向 800V 系統轉進；其中奧迪、保時捷、現代和起亞等汽車制造商已經啟動了早期的相關商業化布局。盡管目前僅有少數公共 DCFC 充電站能夠全面支持 800V 架構，但相關數字仍在逐日增長，而且在接下來的 5 年中，大多數公共 DCFC 充電站很可能開始支持 150 kW 甚至更高的充電功率。
寬禁帶半導體器件的溫度優勢
選擇硬件方法時很重要的一點，就是要采用 SIC 和 GAN 開關等寬禁帶(WBG) 半導體器件。選擇這類器件的原因是它們具有較高的切換速度和較大的溫度容差。這些器件能夠在高溫下有效運行，從而在提升效率的同時降低了總諧波失真 (THD)。寬禁帶半導體器件較寬的工作溫度范圍還有助于簡化逆變器的設計，同時最大限度減少器件對熱管理系統的需求。在與 JEDEC 和 IEC 等標準化組織的合作中，我們專注于建立開關分析和二極管反向恢復測量的相關標準，從而能夠在表征寬禁帶半導體器件的性能方面發揮至關重要的作用。
示波器對驗證過程的重要意義
在驗證和診斷電動汽車牽引電機和逆變器的設計問題時，示波器能夠發揮舉足輕重的作用。它可以幫助設計人員滿足嚴苛的工作效率要求。但我們必須要認識到，僅憑示波器可能無法滿足所有的測量需求。這時探測解決方案和分析軟件就能夠派上用場了。光學隔離電壓探頭可以幫助設計人員對高電壓柵極驅動器執行測量。
泰克可憑借旗下的 4 系列 B MSO、5 系列 B MSO 和 6 系列 B MSO 示波器為工程師提供寬禁帶雙脈沖測試 (DPT，簡稱雙脈沖測試）解決方案，幫助其針對最先進的功率轉換器設計方案進行準確且可重復的測量。作為補充，工程師可以利用泰克的 IMDA（逆變器電機驅動器分析）等支持專門定制的軟件對 PWM 和機械數據進行三相測量，從而提升該解決方案的整體實用性。
為了能夠在關鍵時刻以合適的幅度和頻率進行測量，必須采用專用的電流和電壓探頭。5 和 6 系列 MSO 示波器支持高通道數、逆變器分析軟件和多功能探測選項，對于負責設計電動汽車動力總成的工程師而言堪稱絕佳的解決方案。
關鍵詞： 汽車芯片
