電源模塊為電動汽車提供 400V 與 800V 係統的高效轉換

目前，純電動汽車 (BEV) 和插電式混合動力汽車 (PHEV) 的運行電池電壓為 800V，超過了常規 400V 係列。採用 800V 電池是為了提高性能，減少快速充電的時間，應對不斷增加的功耗並延長續航裏程。

電動汽車採用 800V 電池麵臨重大挑戰，即大部分快速充電的公共基礎設施還不兼容 800V 電池。因此，已採取措施為 800V 車輛配備內置電源適配器，使 800V 汽車能夠在常規 400V 充電樁上充電。雙嚮電源模塊是 800V 電動汽車支持 400V 基礎設施的一種方式，也是 400V 和 800V 之間獨特的電壓轉換方式。現在，OEM 廠商正以具有各種效率的不同方式解決這個問題。

保時捷 Taycan 是首款量産的 800V 電動汽車，是 2019 年發佈的一款純電動汽車。這是一個使用 400V 充電基礎設施充電的 800V 汽車的典型示例。將充電器的 400V 輸入轉換為適合車輛 800V 電池的升壓轉換器安裝在車上，用作 DC 車載充電器。這款升壓轉換器有一個繞過轉換器輸入輸出的電路。使用 800V 充電器充電時，將繞過升壓轉換器，直接為 800V 電池充電。

圖 1：保時捷 Taycan DC 車載充電器連接

據製造商介紹，通過 800V 充電器充電時，使用 270kW 的快充將電池電量充至 80%，用時約 20 分鍾。另一方麵，在使用 400V 充電器時，最大容量為 150kW，充至相同的電量大約需要 35 分鍾。

現代 IONIQ 5 也使用了 800V 主電池（2021 年上市）。IONIQ 5 同樣也有一個升壓功能，可使用常規 400V 充電器為車輛的 800V 電池充電。但與保時捷 Taycan 不同，它冇有 DC 車載充電器，主要使用驅動電機和逆變器實現升壓功能（圖 2）。

圖 2：現代 IONIQ 5 升壓功能配置

A 和 B 分別是驅動電機和逆變器，快速充電器通過開關 S1 連接至電池高壓端，通過開關 S2 連接至電機中性點。車輛運行時，會打開 S1 和 S2，A 和 B 將作為正常的電機和逆變器運行。使用 400V 充電器充電時，會關閉 S2，從而會按升壓轉換器電抗器運行電機 A，並按升壓轉換器開關運行逆變器 B，以便為車輛的 800V 電池充電。如果充電器支持 800V，關閉 S1 並打開 S2，將繞過 A 和 B，直接為 800V 車載電池充電。使用這種方法，無需安裝專用升壓轉換器，即可使用 400V 充電器為 800V 車輛充電。

通用悍馬電動汽車是 2021 年開始生産的純電動汽車。與之前的 800V 純電動汽車不同，高壓主電池為 400V。該車雖然採用 400V 係統，但兼容 800V 充電器，提高了快速充電性能。

圖 3：通用悍馬電動車電池配置

它具有獨特的配置（圖 3），支持 400V 及 800V 快速充電器。車上安裝的 400V 電池分為兩個 400V 電池組。兩個 400V 電池組可通過開關 S1、S2 和 S3 的連接進行並聯或串聯。在正常情況下，包括車輛行駛時，隻關閉開關 S1 和 S2，且並聯這兩個電池組，可將其用作 400V 電池。使用 400V 充電器充電時也是如此。支持 800V 充電器時，打開 S1 和 S2 開關，隻關閉 S3 開關，將串聯這兩個電池組，將其用作 800V 電池。

據製造商介紹，支持 800V 充電器，不僅可實現 350kW 的快速充電，而且隻需充電 10 分鍾，車輛即可行駛 160 公裏。

Vicor 的電池虛擬化解決方案

電源模塊製造商 Vicor 使用該公司的高密度電源模塊提出了一種獨特的“電池虛擬化解決方案”。這是一種使用 400V 充電器為 800V 電池充電的升壓轉換器技術，主要使用該公司支持固定電壓轉換比的專有雙嚮 DC-DC 轉換器。

雙嚮固定比率 DC-DC 轉換器是一種冇有調節（穩壓）功能的轉換器，其中 DC-DC 轉換器的輸入輸出電壓比是固定的，電壓可用下列方程式錶示：

輸出電壓 = 輸入電壓 x 變壓比 K

它是雙嚮的，因此可進行反嚮轉換（反嚮運行時，輸出電壓 = 輸入電壓 / K），而且內部串聯阻抗小，所以可用作可轉換直流的變壓器。

圖 4：37.5kW、400V/800V 固定比率雙嚮轉換器

電池虛擬化解決方案在 800V 電池前部置一個變壓比為 2 的固定電壓轉換比雙嚮轉換器，使 800V 車輛的電池電壓看起來是 400V 電壓的一半（圖 5）。隨著充電的進行，800V 電池的電壓會上升，而且從充電器端看到的電壓也會按比例上升（1/2）。

圖 5：Vicor 電池虛擬化

該模塊（圖 4）輸出功率為 37.5kW，峰值效率為 99%，尺寸為 92 x 80 x 7.4 毫米。通過並聯，可在狹小的空間內支持大功率、快速充電。

使用雙嚮電源模塊的優勢是，當電池不充電時，800V 電池可為 400V 負載供電。