为什么说48V分布式电源架构重新定义汽车供电？与Vicor工程师一起聊聊吧！
[复制链接]
汽车 OEM 厂商必须在提高汽车特性与性能的同时，达到较低二氧化碳排放标准，才能保持竞争力。这一重大挑战正在通过汽车电气化克服，汽车电气化正在改变纯电动汽车 (EV)、混合动力电动车 (HEV) 和内燃机汽车 (ICV) 的供电网络。新增 48V、400V 和 800V 等更高电压的电池来满足增加的电源需求，反过来，增加了供电架构的复杂性，而且为电池充电、功率转换以及供电带来了对汽车电源转换器及稳压器尺寸与重量的新要求。
Vicor 正在通过接近供电网络的高密度、可扩展的模块化供电解决方案实现车辆电气化。当前，我们的组件可取代出现在大量汽车中的较为笨重的分立式解决方案，不仅重新定义了供电网络，而且还可使汽车变得更轻、更快、行驶里程更远。
Vicor 面向充电、转换和配送的供电网络
随着 400V 和 800V 充电站的部署，车辆与任何电站的兼容性要求在两种电压之间进行简单高效的转换。NBM6123 采用 63 x 23 毫米 CM-ChiP 封装，可提供 6kW 的 400V 及 800V 固定比率转换，从而可为电池至充电站兼容性实现高效率、高密度的可扩展解决方案。NBM6123 的双向功能允许使用相同的模块执行升降压转换。此外，NBM6123 还可用于在 800V 充电过程中为空调和车内电子设备提供 400V 电源，从而可最大限度减少电池平衡电路。
使用传统解决方案转换汽车的主要大功率高压电池，会增加重量并对车内空间产生极大需求。除了需要转换器本身外，还需要一个二级中间电池。BCM6135 模块支持将标准 800V 及 400V 电池集成到 48V 供电网络中，可减轻重量并减少对空间的占用。此外，BCM6135 还提供双向电源转换和快速瞬态响应，无需 48V 中间能量存储。BCM6135 可将高压电池虚拟化，使其看起来像系统中的 48V 电池。
全新 48V 供电网络需要支持电源需求更高的原有 12V 负载、全新驱动器、转向以及线控制动大功率系统。随着负载的增加，在 48V 下提供更大的电源，需要高密度模块，而不是更加笨重的分立式解决方案。Vicor 提供几款用于 48V 供电的模块。这些器件包括固定比率及稳压转换器解决方案，支持 48V 和 12V 负载。这些转换器可部署在一个单独的外壳中，也可部署在采用更小、更轻 48V 配电网络的整个车辆中。DCM 和 PRM 模块分别提供 48V 至 12V 稳压输出和 48V 至 48V 稳压输出。NBM 提供 48V 至 12V 或 12V 至 48V 双向固定比率转换。
为什么是48V技术？
既然问为什么，就要说说作为一种颠覆性技术的48V总线配电有哪些优势？业界的一些观点归纳如下：
·增加动力，减少排放。功率的增加可以使内燃机更有效地运转，帮助主机厂更快地满足排放法规要求。已经推出的具有启停功能的轻混动力汽车，可以使发动机在滑行、制动或停止时暂时关闭，然后迅速重新启动，提供部分动力。轻混动力车的电机用于补充内燃机能量，不能单独为汽车提供动力。
支持传统12V系统的48V电气系统
·回收储存能量。48V系统采用大容量锂电池和再生制动系统，通过再生制动或恢复制动，可将汽车减速时损耗的动能转换为电能，存储在48V大容量电池中，并能利用回收的能量支持内燃机的电气装置。再生制动可以在由停车变为加速行驶时，将所存储的能量用于推动车辆前行，从而实现比通常更快的速度。
·满足大功率用电。48V系统汽车不会发生人们抱怨的12V系统汽车熄火时暖通空调（HVAC）断电的情形。对于稳定性控制或空调压缩机等依靠大电流的负载，48V系统可实现安全和舒适的功能，在性能和效率上更胜一筹。
·利用剩余能量。存储的能量可随时用于车窗除霜或加热座椅。现在，越来越多主机厂正在使用新型红外发热板直接供热，而不浪费电能来加热汽车的其余部分。但是，红外发热板的挑战在于每个座椅需要约500瓦功率，这几乎是12V电气系统所无法承受的。
因此，对48V总线配电的需求越来越明显，但48V MHEV要想在未来一段时间化解汽车电气化难题，仍需借助供应链源头半导体厂商一臂之力。
>>点此了解Vicor汽车解决方案的更多详情
2022年，颇负盛名的英国房车锦标赛（BTCC）将增加一个新的维度，成为业界首个采用MHEV汽车的大型房车锦标赛。赛事使用全新德尔塔汽车运动公司（Delta Motorsport）智能功率密集型电池组，无需使用交流发电机，不仅减轻了重量，而且提高了可靠性。
BTCC即将推出MHEV锦标赛
BTCC规定，车手可以战术性地使用电机提升车辆性能，并提高车辆加速能力。为此，Delta Motorsport设计了新的电池组和相关电子产品。全新的48V锂离子电池组采用创新型智能电源管理及高功率密度DC-DC转换器和稳压系统。电池组为逆变器-电机组合供电，并使用其产生的再生电力，同时高功率密度转换器可为汽车的所有电路和设备供电。这种架构实现的功率密度和电源管理水平无需使用交流发电机系统，从而进一步减轻重量，提高性能与可靠性。
Delta Motorsport工程总监Nick Carpenter表示，该系统利用模块化供电网络（PDN）实现了小体积、轻重量和高性能。混合动力系统的三相无刷电机通过双向逆变器连接电池，双向逆变器将电池电源输送至电机，并将电机产生的再生电力返回到电池。
Nick Carpenter：模块化PDN可以实现小体积、轻重量和高性能
他介绍说：“在最初前往维修道的限速行驶过程中，电机以纯电动模式（仅电机，无内燃机）驱动车辆，然后当驾驶员要求在比赛中提升性能时，电机以MHEV模式（与内燃机一起）驱动车辆。”
看看电池组智能与管理有哪些创新？
·电池组及电池管理系统：可控制所有电池电压，并确保电池在与电机-逆变器控制器通信的同时，随时处理可能出现的最大充电和放电电压。根据电池充电状态（SoC），系统不断计算并向控制器提供电池能够提供或接受电流量的更新信息，在低SoC下降低功率需求，而在高SoC下限制再生发电。系统还可实时监控所有可用电池的温度，并将结果反馈到可用的功率计算中。此外，如果出现问题，它可以打开接触器，安全地隔离电池组。
·供电网络：用48VDC电源为四个并联的DC-DC转换器供电，后者共同提供高达92安培的13.8V稳压电源（功率约1.2千瓦）。负载由四个转换器共担，尽管只用三个转换器（即N+1或航空级冗余）就可以完全支持负载。
混合动力布局
·DC-DC转换器：电源系统使用四个Vicor DCM3623隔离式稳压DC-DC转换器ChiP（封装级转换器）电源模块，从电池组提供13.8V稳压输出，电流最高可达92安培。由于其外形小巧，转换器安装在与延伸到电池单元之间直接热接触的微孔冷却板上。电池管理系统的数据日志和诊断可记录DC-DC转换器的性能，检查故障状态，提供车辆所有准确电流量的反馈。
这一模块化电源组件在最初的电池组测试中表现优异，无需降额运行，也没有电压骤降。供电网络将最大体积留给了供电的电池单元，而不是电源组件本身，这一点至关重要。因此，该供电网络展现出了极大的优势，DCM模块的可扩展性和易于并联实现了模块化电源架构，让Delta在不牺牲功率的前提下实现了所需的小尺寸DC-DC PDN定制。
Delta还采用了一种用于不间断电源（UPS）的小型60W隔离式转换器Vicor PI3105，为电池组电子设备供电，以便在与车辆电源隔离时维持安全系统运行；还允许电子设备的供电独立于车辆，以实现系统检查的远程连接。
比对12V与48V供电网络
未来的汽车将不可避免地需要更小、更轻及更高效的电源产品来满足日益增长的性能需求。随着主机厂转向能够处理高功率的48V电池，模块化方法可以通过更小、更轻的线缆和连接器提高供电网络效率，从而降低功耗和重量。
Vicor应用工程总监Paul Yeaman认为，48V的高密度和高效率对汽车动力至关重要。他说：“对汽车产业来说，48V MHEV系统是快速推出排放更低、行驶里程更远、油耗更低的全新车辆的捷径。它还为提高性能并减少二氧化碳排放提供了令人兴奋的全新设计选项。”
Paul Yeaman：48V MHEV系统是快速车辆创新的捷径
对比一下传统12V集中式架构和48V分布式架构，不难发现，集中式48V-12V DC-DC转换器（SilverBox）大多很笨重，线束也很粗重，因为使用的是较早的低频率开关PWM拓扑。此外，它们也会为大量关键动力总成系统带来单点故障。
传统12V集中式配电架构
48V分布式架构
而采用模块化电源组件的分布式供电架构使用更小、更低功耗的48-12V转换器为12V负载的车辆配电。通过简单的功率方程式P = V • I和PLOSS = I2R就可以知道为什么48V配电比12V更高效。
与12V系统相比，对于给定功率级而言，48V系统电流低四倍、功耗低16倍。在1/4电流下，电缆和连接器更小、更轻，成本也更低。此外，分布式电源架构还有显著的热管理及电源系统冗余优势。
效率94%和98%的DC-DC转换器
Yeaman说：“引入48V MHEV系统，一旦完成设计，主机厂就会有很大的优势。当然，克服对长期存在的12V供电网络改造的犹豫可能是最大的挑战。改变供电通常需要经过大量测试的新技术，而且可能还需要尊崇汽车产业的高安全性及高质量标准供电的全新供应商。”
>>点此了解Vicor汽车解决方案的更多详情
| 
提升卡
变色卡
千斤顶
1/8 
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2025 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
