逆变器做到电池中？首款原型车开启实际路测“大考”

NE时代新能源阅读: 3805更新于: 2025-09-24 10:13:43

传统电动汽车架构中，高压电池提供直流电，需通过独立的驱动逆变器转换为正弦三相交流电来驱动电机，还需额外配备低压 DC-DC 转换器、车载充电器等电力电子设备，存在组件分散、集成度低的问题。

因此，“功能集成化” 成为重构系统的核心突破口。行业更具突破性的探索也开始聚集在电池包与关键功能的一体化融合，将逆变器、充电器等关键功能直接嵌入电池模组，打破组件间的技术边界与物理隔阂。

这种一体化设计不仅能从根源上减少能源损耗、实现轻量化，更能简化系统结构、提升可靠性，甚至为电池梯次利用、跨场景应用开辟新路径。而这一方向的技术探索，已在近期显现出从实验室走向实路测试的突破性进展。

9月19日，Stellantis 与Saft（道达尔能源子公司）联合宣布推出全球首辆搭载智能电池集成系统（IBIS）的原型车，目前已启动实路测试。

IBIS通过将逆变器和充电器功能直接嵌入电池模组、消除独立组件，实现10%能源效率提升（WLTC循环）、15%功率增益（172kW vs 150kW）、约40kg减重及17升空间释放，同时缩短15%充电时间并简化维护，还支持电池梯次利用。

01.

一体化设计，简化即创新

自2022年年中以来，首台用于固定应用的IBIS验证机已投入运行，验证核心技术概念并生成多项专利，为移动应用原型车奠定基础。

而首款配备完整 IBIS 技术的纯电动车辆（BEV）是一款新的 Peugeot E-3008，基于 STLA Medium 平台打造。这款原型车是 Stellantis 和 Saft 经过多年设计、建模和模拟的结果，得到了 E2-CAD、Sherpa Engineering 以及法国顶尖研究机构（包括 CNRS、Université Paris-Saclay 和 Institut Lafayette）的支持。

具体来看，IBIS重构电动动力系统架构，核心创新在于消除独立的逆变器与充电器组件，将其功能直接嵌入电池模组内部，具体特性包括：

兼容性：无关电池化学体系，适配各类电池类型；

能源模式：同时支持交流（AC）与直流（DC），可灵活切换；

供电能力：双向输出——既向电机供电驱动车辆，也可向电网反馈，同时为车辆12V低压网络及辅助系统（如空调、车灯）供电。

在效率与性能方面，电池容量不变的情况下，能效提升高达10%（WLTC循环测试），功率提升15%（172kW vs 150kW）；在轻量化与空间优化方面，整车减重约40公斤，释放高达17升的空间，实现更优空气动力学性能与设计灵活性。

在充电加速方面，初步数据显示充电时间缩短15%（例如使用7kW交流充电器时从7小时缩短至6小时），同时实现10%的能耗节约；同时，实现维护简化，便于保养检修，并提升电池在汽车及固定式应用场景中的二次利用潜力。具体的核心性能与优势（量化表）如下表所示：

IBIS项目于六年前启动，是学术研究与产业界独特合作孕育的开创性举措。该项目由Stellantis集团统筹协调，汇聚了来自顶尖工业合作伙伴（Saft、E2CAD和Sherpa Engineering）以及知名机构（主要包括法国国家科学研究中心CNRS、巴黎萨克雷大学和拉法叶研究所）的25名工程师和研究人员，组成跨学科团队，共同开展研究实验室的工作。

2025 年 6 月，IBIS项目已进入第二阶段，并获法国政府“France 2030”支持，核心任务是在 “模拟实际驾驶场景” 下开展实路测试（首辆原型车已启动测试）；目标 2030 年底前将 IBIS 技术集成至 Stellantis 旗下量产车型。

此外，该项目的目标应用范围不局限于乘用车，未来还将拓展至铁路、航空航天、船舶、数据中心等领域，成为跨行业的可持续储能与电转换解决方案。

02.

保时捷也提出“交流电池”概念

除了Stellantis 外，保时捷工程公司此前提出了“交流电池”的概念，核心是通过模块化多级串并联转换器（MMSPC）将逆变器、电池管理系统、低压 DC-DC、车载充电器等功能集成到电池模块中，直接生成正弦三相交流电，消除独立逆变器，最终实现 “DC→AC” 电机直接驱动与 “AC→DC” 电网充电的双向一体化，同时依托实时控制平台优化系统性能。

在该研究中，保时捷工程的开发人员将高压电池划分为18个独立电池模块，并分布于三相电路中。这些模块可通过功率半导体开关实现独立控制。各个电池模块灵活地互连到模块化多级串并联转换器（MMSPC）中，形成一个分布式实时系统，实现电压曲线的动态建模，从而可以直接从电池模块的直流电压生成电机所需的正弦三相交流电压。

具体来看，为将直流电压转换为交流电压，通过组装的电力电子装置对电池单元模块进行不同方式的互联。当所有模块并联时，输出电压降至最低；当全部串联时，电压达到最大值。通过模块并联与串联的不同组合可获得中间电压值。出于安全与效率考量，所有模块必须同步控制。

其中，单个模块由电池单元和电力电子设备构成。每个电池模块的电力电子设备包含八个功率MOSFET，其架构支持多种互联配置，包括并联串联、旁路及无源电路。

相比传统电池系统，交流电池具有集成与成本效率优势、安全性显著提升、强扩展性与适配性、快速充电技术潜力等核心技术优势。

首先，在集成与成本效率优势方面，单一组件整合多功能，显著缩减系统外壳尺寸、重量，降低生产成本，同时提升整体可靠性与运行效率。

其次，在故障应对上有两大核心优势，交流电池直接提升安全性与便利性：

◎事故/维护安全：当需要维护或发生事故时，系统可快速切断 MMSPC，使整体回归独立模块状态，此时仅能检测到模块电压（而非高压系统电压），大幅降低维修人员与乘客的触电风险；

◎故障续航保障：若单个电池单元可能出现故障时，智能控制系统会绕过受影响的电池模块，从而增强故障保护能力。这使得车辆能够以减弱功率的状态实现所谓的“跛行回家”功能，驶往最近的维修站；而传统电池系统一旦出现缺陷，通常会直接触发系统保护，导致车辆抛锚，严重影响使用便利性。

另外，交流电池具有强扩展性与适配性。无需大规模重构硬件，即可灵活适配多种传动系统变体，降低多车型适配成本。例如，通过调整模块数量或性能，可适配从低功率城市车到高性能跑车的多种需求。

最后，交流电池的设计理念还通过脉冲充电技术，为实现快速充电能力提供了技术潜力。同时，交流电池支持直接连接交流电网充电，无需额外的车载充电器，简化了充电流程。

值得一提的是，交流电池采用了实时控制单元平台设计。控制单元采用异构多处理器平台，集成于单一系统级芯片（SoC），形成实时控制、高效计算的双重保障。

◎FPGA：负责实时数据控制与监控，直接处理模块切换的同步信号，同时承担复杂计算任务（减轻处理器负载）并提供硬件加速，确保模块切换指令无延迟响应；

◎多核处理器：专注于大数据处理，支撑电池状态监测、电机转速控制、充电参数调节等多任务并行运行，避免单一任务占用资源导致实时控制滞后。

目前，该“交流电池”方案已结合新控制单元平台，完成测试台功能验证，并集成到测试车辆中演示基础功能，当前处于技术可行性研究阶段，为适配量产应用打下基础。

03.

写在最后

此外，奔驰也将可编程微型转换器直接集成于电池单元层面，实现对单个电池模组的独立控制与动态通信。可以简单的理解为，给每个电池模组单元配备了微型DC-DC转换器，可独立调节电压和电流，突破传统串联电池组的固定电压限制。

这一技术也突破了传统逆变器系统的限制，使电池组可灵活配置任意数量的电池单元，通过智能调节实现恒定800V高压输出，彻底摆脱串联电池数量对电压的依赖，从而在提升续航里程、优化双向充放电能量流的同时，为电驱动系统提供更高的模块化自由度。

Stellantis 与 Saft 联合研发的“IBIS 系统”、保时捷工程探索的 “交流电池” 方案以及奔驰的“分布式能源管理架构”，并非孤立的技术尝试，而是全球电动车产业从组件优化转向架构重构的标志性实践。三者共同指向的 “电池-电力电子功能集成” 路径，说到底，这么做本质上是在重新打造电动车最核心的价值链条。

就如Stellantis首席工程与技术官Ned Curic所言：“简化即创新”，通过重构电动动力系统，可实现更轻、更高效、更具成本优势的方案，助力推出更优质、更平价的电动车。

2025年11月，“2025第五届xEV电池技术论坛暨2025第三届固态电池技术产业大会“将在上海召开。本次大会以新能源汽车液锂电池安全及固态电池量产推进为主题，围绕新能源汽车液锂电池市场战略、技术趋势以及固态电池产业发展应用展开深度对话，共同探索未来市场的形态与机遇。