再談800V架構

之前有談過電動車800V架構，最近看到一些文章提到這個主題，但是大多著墨在800V主要目的是提升充電速度，但這是一個很容易造成混淆的論點。所以今天想再來談談這樣設計的目的。

先來了解為何會有這樣的論點？一般電動車多為400V，包含數量最多的特斯拉也都還是400V架構，Porsche Taycan算是首先採用800V的車款，Hyundai家族本身或其子品牌Ioniq與Kia電動車也陸續採用800V，另外BMW也宣稱未來Neue Klasse，也就是英文的New Class，平台車款也會採用800V等等)，另外美國高檔Lucid電動車採用900V。400V有兩層意義，首先電池的輸入(充電)輸出(放電)會是400V的規格，其次，馬達也搭配400V左右的規格，基本上400V的電動車不能用800V充電(取決於充電樁與電動車之間的設計彈性)，除非如Ioniq配備有400/800V雙電壓充電能力，同樣的基本上800V的電動車也不能用400V充電(同樣取決於充電樁與電動車之間的設計彈性)。

充電速度

那麼電池是如何被充電的？答案是電流，充電電流大則充電速度快。那麼充電電流的大小怎麼被決定的？答案是充電電壓與電池電壓的差(V)與電池內電阻(R)所決定，是否還記得那個高中學過的歐姆定律，也就是與P=IV同樣堪稱電學之母的V=IR或I=V/R?乍看之下，那麼800V當然比400V充電快不是嗎？但重點是電池包中的每顆電池芯的電化學電壓與能容忍的電流(無論充電或放電)上限是固定的，不會因為你用800V或400V充電而不同。假設電池包在兩種充電電壓下讓每顆電池芯都已經達到相同的最大充電電流(電池芯的串並聯配置在兩種電壓系統會有所不同)，那麼每顆電池芯的充電速度勢必相同，也就是整個電池包SoC (State of Charge)達100%的時間就相同。繞了一大圈充電速度一樣，800V是在搞笑嗎？當然不是。

這裡有個陷阱，他來自於邪惡的P=IV公式，有人直接用充電功率P=IV來看充電速度，V變大了乘以固定的I，是否就意味著功率增加，那麼單位時間充進去的能量就較多不是嗎？事實上應該這樣理解，主要是400V改800V後，因電池芯並聯數減少，所以在相同充電功率下可降低總線(橘色高壓線)上的總充電電流，也就可以將總線變細以節省材料與熱耗損，這是主要目的，而降低熱耗損僅勉強獲得充電速度稍微加快些的『副作用』。唯一可實質提升充電速度的狀況是，如果原來400V沒有利用到電池芯的充電電流的上限，則提升到800V是可以在維持原總線充電電流之下(i.e. 維持原來粗細)提升因並聯數減少的分串電池芯的充電電流(i.e. 實質提升充電功率)。

馬達尺寸與繞線材料

馬達在相同功率下，同樣經由P=IV的公式得到，800V的馬達中的電流就是400V的一半，所以繞線粗細可以比400V的細但繞線圈數增加，繞線的熱耗損也會降低使得車子里程得以提升。如果願意犧牲一點功率(i.e. 額定轉速降低)那麼800V的馬達可以小一些重量也會輕一些卻也無損中低轉速的扭力甚至可以更高。這也許就是為何800V的保時捷Taycan使用二速變速箱以提升車輛高速時的扭力。當然這些都是一般性原則，實際在設計上各廠牌仍然有許多不同的考輛與馬達設計工藝的絕活(之前有談過Lucid卓越的馬達與電池工藝)，譬如成本、重量與性能等。同樣採高壓(900V)設計的Lucid Air Sapphire就不用變速箱仍創造出超越特斯拉Plaid版的性能。馬斯克雖然說如果特斯拉採用800V，每輛車的成本僅僅減少100美金，離特斯拉真正得到的好處太遙遠。與其在節省實體按鈕成本上不遺餘力相比，其實100美金真的很多，再者一個賺錢的企業談的也許應該是讓消費者或環境(譬如效能的提升)得到什麼好處，所以我猜馬斯克話語背後真正的原因，應該是特斯拉在已經建構以400V為基礎的龐大充電與車輛的基礎架構之下去改成800V，會衍生出難以估算的投資成本與影響，而這與目前努力造車拚收入保持領先的目標無法兼容。