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48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)

發(fā)布時(shí)間:2024-05-27 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】特斯拉開始使用48V系統(tǒng)以后,在電氣領(lǐng)域和通信架構(gòu)領(lǐng)域出現(xiàn)了新的動(dòng)向,48V區(qū)域架構(gòu)正在成為提高電動(dòng)汽車性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)。


特斯拉開始使用48V系統(tǒng)以后,在電氣領(lǐng)域和通信架構(gòu)領(lǐng)域出現(xiàn)了新的動(dòng)向,48V區(qū)域架構(gòu)正在成為提高電動(dòng)汽車性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)。

在特斯拉的方案里,還是保留了傳統(tǒng)的48V電池,電源模塊可以在整個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)里提供重要的作用。關(guān)于這方面如何設(shè)計(jì),Vicor介紹了48V區(qū)域架構(gòu)如何優(yōu)化電池電動(dòng)車輛(BEV)的電池系統(tǒng),這是一種比較有價(jià)值前瞻的方案。

當(dāng)然我們也看到,圍繞12V和48V的方案切換,對(duì)低壓電氣架構(gòu)影響是很大的,所以目前還是以前瞻的思考為主。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
Part 1 電動(dòng)汽車系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

電動(dòng)汽車系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)包括與路邊充電器的兼容性、系統(tǒng)復(fù)雜性處理、重量最小化和功率耗散。隨著純電動(dòng)負(fù)載從12V逐漸過(guò)渡到48V,包括電機(jī)負(fù)載、非電機(jī)負(fù)載(如智能汽車的計(jì)算平臺(tái)、加熱擋風(fēng)玻璃等)和功能安全負(fù)載(如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、智能電子制動(dòng)等),這些挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。

● 系統(tǒng)復(fù)雜性:隨著電動(dòng)汽車功能的增加,電氣系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,傳統(tǒng)的集中式架構(gòu)難以滿足需求。
● 兼容性問(wèn)題:不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的充電站(400V和800V)之間存在兼容性問(wèn)題,導(dǎo)致充電不便。
● 重量和散熱:電動(dòng)汽車需要盡可能減輕重量和有效散熱,以提高續(xù)航里程和系統(tǒng)效率。

從這張圖里來(lái)看,主要包含了12V和48V負(fù)載,整車的低壓負(fù)載是通過(guò)48V傳輸?shù)模?2V的電氣負(fù)載是通過(guò)48V進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

從集中式到區(qū)域化的電子電氣(E/E)架構(gòu)轉(zhuǎn)變,是為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的負(fù)載需求。

區(qū)域E/E架構(gòu)配備了高性能計(jì)算單元,并通過(guò)CAN總線和汽車以太網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)了更高效的負(fù)載管理和電源分配。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V PDN通過(guò)集成充電器和48V電源傳遞網(wǎng)絡(luò)到電池包中,解決了400V和800V充電基礎(chǔ)設(shè)施之間的不兼容性問(wèn)題。這種集成不僅減少了熱量、成本和重量,還提高了系統(tǒng)的整體效率。

Part 2 設(shè)計(jì)方案

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
從整體來(lái)看,使用高密度電源模塊的48V區(qū)域PDN帶來(lái)了多方面的好處,包括減少系統(tǒng)重量、尺寸和復(fù)雜性,提供靈活性和可擴(kuò)展性,加快上市時(shí)間,簡(jiǎn)化電源傳遞網(wǎng)絡(luò),并減少線束的重量和成本。

通過(guò)在電池系統(tǒng)組裝中集成48V轉(zhuǎn)換,可以在工廠減少車輛組裝時(shí)間,并通過(guò)集成節(jié)省成本。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V PDN解決方案包括使用BCM6135和PRM3735等組件,這些組件提供了高瞬態(tài)響應(yīng)和效率,以及穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓。這些電源組件的應(yīng)用,使得48V和12V負(fù)載能夠更有效地管理和分配。

為了進(jìn)一步減少PDN的尺寸和重量,提出了使用虛擬電池的概念,以創(chuàng)新的方式消除或最小化電池的需求。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
為了使800V的BEV能夠在400V的充電站充電,基于Vicor NBM9280并行解決方案的充電器,在冷卻液溫度為50°C時(shí)也能保持高性能。

高密度電源模塊(如Vicor的NBM9280和BCM6135),可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率和響應(yīng)速度。這些模塊具有以下優(yōu)勢(shì):

● 高效率:BCM6135在800V輸入電壓下的峰值效率可達(dá)97.3%。
● 高瞬態(tài)響應(yīng):在負(fù)載電流快速變化時(shí),能保持穩(wěn)定的輸出。
● 模塊化設(shè)計(jì):每個(gè)電源模塊可以輕松并聯(lián)或擴(kuò)展,以適應(yīng)不同功率需求,從1kW到20kW不等。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
從結(jié)果來(lái)看,通過(guò)更小的功率模塊的導(dǎo)入,分布式架構(gòu)比起原來(lái)的集中式電氣架構(gòu),能帶來(lái)更輕的效果。

為了更好地管理和分配電力,汽車電氣架構(gòu)從過(guò)去的分布式架構(gòu),經(jīng)過(guò)現(xiàn)在的域集中架構(gòu),逐漸演變?yōu)槲磥?lái)的區(qū)域架構(gòu)。區(qū)域架構(gòu)通過(guò)高性能計(jì)算單元和區(qū)域控制單元(ZCU),實(shí)現(xiàn)更高效的電力管理和更低的系統(tǒng)復(fù)雜性。

48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
48V區(qū)域架構(gòu):電動(dòng)汽車的未來(lái)
小結(jié)

這種圍繞電源模塊的48V區(qū)域架構(gòu),通過(guò)使用低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化,不僅減輕了系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性,還提供了靈活性和可擴(kuò)展性。從設(shè)計(jì)層面還是很有特點(diǎn)的!


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