面向大功率高压快充创新技术梳理

我来对面向大功率高压快充的创新技术进行简单梳理。

1. 无线电池管理技术

高压快充技术对锂离子动力电池安全性能带来挑战， 需要更加先进的电池管理技术。低温是限制快充的关键 因素，低温下锂离子扩散和反应速度慢，会增加析锂的风 险，严重时导致容量快速衰减甚至起火爆炸。同时，电池 系统在高电压快充条件下产生的热量更大，且不同位置 的电芯由于产热和散热条件不一致会产生温度不均匀的 问题。电池一致性差的问题将被进一步放大，内阻较大、 SOC 较高的电芯在快充时会提前充满或者优先达到电压上 限，或者发生过充问题，一方面引起容量的浪费，另一方 面会导致热失控热蔓延的风险。因此，利用电池管理系统 （battery management system，以下简称 BMS）来实时、 全面、稳定地监测电池状态信息，特别是获取电芯级别的 电压、电流、温度、内阻、压力等信息，将非常有利于维 持整个电池包在高压快充下的安全、稳定工作。 现有的 BMS 系统基于有线通信进行信号传输，通过 采样线和低压信号线来获取不同电池组的状态信息，监控 的时效性和精细程度欠佳。

现有的 400V 电池内已经有大 量的信号采集和通信线束、连接器，成本高、可靠性差、 空间占用大，监控的最小单位仅仅到串联电池组，无法获 取单电芯的电流、电压、温度、内阻等信息，并且考虑到 低速有线通信的速率限制，电池信息的上报时延偏大。在 未来的高电压电池系统中（800V 及以上），所需要部署的 线束、连接器将进一步增加，对传输的要求更进一步提 升，还需要重新选型耐高压的通信隔离。

正是基于有线 BMS 在发展中识别到的上述瓶颈，近 年来基于无线通信技术的 BMS 系统被提出并大有取代有 线 BMS 系统的趋势。现有的无线 BMS 系统基于私有通信 协议，在跨厂家互联互通、传输速率、时延、可靠性、并 发连接数等方面能力优先，但还无法达到电芯级多维度信 息监测的目标，业界亟需新的无线通信技术。2021 年，业 界 100 余家企业联合定义并推出新一代无线短距通信技术 “星闪”，旨在满足包括智能汽车在内的多场景下短距离无 线通信需求。“星闪”技术充分考虑了车载应用的特征， 在低时延、高可靠、多并发、高安全等方面进行了全新设 计和优化，形成了完整的端到端协议规范，有效地实现了 跨行业跨厂家互联互通。基于“星闪”技术的无线 BMS 系统，能够有效替换现有低速通信线束和连接器，减少人 工操作，提升 PACK 装备效率，实现降本增效。同时，“星 闪”无线 BMS 系统具有比传统 BMS 更大的带宽，更灵 活的设计，可以匹配更多传统 BMS 无法实现的新型传感 技术。通过监测电芯内部和外部信号，更精准地评估电池 状态（SOC，SOH，SOP 等），更早发现电芯异常并实现 电池热失控预警，进一步提升高压快充下新能源汽车安全 性，助力新能源汽车的大规模推广。

2. 轴承防电腐蚀技术

电机系统在长期运行后容易产生抖动、异响等问题。 电机轴承电腐蚀是造成这些问题的主要原因，严重影响电 机的可靠性。矢量控制模式下，PWM 驱动电压会在电机 三相绕组中心点和直流母线中点之间产生共模电压，共模 电压通过电机的寄生电容耦合到转轴上，形成轴电压，若 轴电压超过油膜的击穿阈值，就会在轴承的滚动体和滚道 之间局部放电，产生轴承电腐蚀，最终在轴承滚道上形成 电熔坑，类似搓板纹，导致电机运行过程总产生较大噪声。

电腐蚀原理 ：电机运行时，转轴两端之间或轴与轴之 间产生的电位差叫做轴电压。若轴两端通过电机机座等构 成回路，则在轴电压的作用下产生轴电流。轴电流是轴电 压通过电机、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产 生的，因正常情况下轴电压较低，轴承内的润滑油膜能起 到绝缘作用从而遏制轴电流产生 ；但当轴电压较高，或电 机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使润滑油膜放电 击穿形成通路产生轴电流。

为应对轴承两端电压过大的问题，行业已有相关解决 方案。如 ：华为的专利高压导流方案，通过增加额外的旁 路导电回路来释放轴电压和轴电流，可有效降低轴承间油 膜被击穿的风险。同时采用特殊配比的、具备优异导电特 性和兼容性的导电油脂，耐温耐压，进一步提升轴承防电 腐蚀的能力。

3. 电驱动系统升压技术

当前仍有较多前期布局的 500V 及以下的充电桩， 800V 及以上的高压车型仍需在一段过渡时期内与这些充 电桩进行匹配，以满足用户充满电的需求，这就需要将充 电桩 500V 电压在车内升高至 800V 及以上，才能保证动 力电池能充满电。前期较为普遍的是采用独立的升压电 路，如 2019 年底 Taycan 推出的 800V 纯电动车型，通过 增加专用升压充电器，将来自充电桩的 400V 电压平台提 升到了 800V。

此方案最高可达 150kW，对用户充电体验有一定保 证，但需增加成本 3000-4000 元左右。受成本限制，部 分车企及零部件企业如 BYD 汉、现代 E-GMP 平台、华 为高压方案等直接采用电驱动系统的逆变器和驱动电机， 将充电桩提供的 400V 电压提升至 800V。该方案复用电 机线圈和逆变器的 IGBT 模块，二者共同组成三个并联的 boost 电路，并通过调整三相不同 IGBT 开关的占空比和 频率，来实现对充电桩电压的升压操作。

该方案优势是只需增加一个升压配电盒，核心 Boost 电路使用的电感及功率器件均复用现有电机及逆变器，成 本较单独的升压充电机增加较少，同时也减少了额外的空 间占用。虽然其最大功率只能达到 80kW 左右，但在过 渡期内也能满足客户的充电需求，是较有竞争力的解决 方案。