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電動(dòng)汽車電氣化挑戰(zhàn):48V該技術(shù)可以有效地分配電源

（2024年11月23日更新）

電動(dòng)汽車（電動(dòng)汽車）可能是近年來科技公司和消費(fèi)者必須面臨的最大挑戰(zhàn)之一。雖然越來越多的環(huán)保系統(tǒng)需要完全改變我們的前進(jìn)方式，但也需要確保新的綠色技術(shù)在價(jià)格和性能上盡可能高效。

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車輛OEM必須滿足日益嚴(yán)格的要求CO2排放標(biāo)準(zhǔn)，提高車輛性能，保持競(jìng)爭(zhēng)力。純電動(dòng)汽車（EV），混合電動(dòng)汽車（HEV）和內(nèi)燃機(jī)車（ICE）電氣化解決了這一重大挑戰(zhàn)。增加諸如48V，400V和800V為了滿足不斷增長(zhǎng)的功率需求，如高壓電池反過來又增加了功率傳輸架構(gòu)的復(fù)雜性，并對(duì)尺寸和效率提出了新的要求。

輕微混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（MHEV）該系統(tǒng)是電氣化的門戶。也被認(rèn)為是輕型混合動(dòng)力，它們將有助于混合動(dòng)力模型的指數(shù)增長(zhǎng)。MHEV該系統(tǒng)可以在制動(dòng)過程中回收車輛能量，并在車輛重啟過程中提供能量，從而減少汽油消耗和二氧化碳排放。

HEV模型的第二種電氣化方法包括和ICE一起工作的電機(jī)可以在電動(dòng)模式下100%行駛幾公里。另一種流行的替代方法是插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV），電池可由電網(wǎng)充電，零排放時(shí)續(xù)航里程增加到50公里左右。在這種情況下，電氣化程度明顯高于MHEV市場(chǎng)上有幾十種混合動(dòng)力技術(shù)(購買成本更高)PHEV車型。

電動(dòng)汽車（BEV）缺少ICE，它由逆變器和電機(jī)的組合提供動(dòng)力。BEV在電網(wǎng)和制動(dòng)再生過程中可以充電。在電動(dòng)汽車中，我們還發(fā)現(xiàn)了帶有小型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)展電動(dòng)汽車（EREV）專門用作電流發(fā)生器，在電源不足時(shí)給電池充電。最后一類是由氫燃料電池驅(qū)動(dòng)的燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）。

圖1:全球預(yù)測(cè)(來源:Vicor/HIS）

該解決方案不僅可用于固態(tài)電池或氫燃料電池等新能源存儲(chǔ)技術(shù)，還可用于減輕重量和采礦Weidmuller代理用新的電氣架構(gòu)提高汽車效率。

今天的電氣化挑戰(zhàn)

如今，電氣化面臨的挑戰(zhàn)包括：降低成本，實(shí)現(xiàn)積極性CO2排放目標(biāo)，管理電源要求的變化，舊的12V負(fù)載供電、交付更輕、性能更高的車輛、功率水平提高、充電時(shí)間更快、電壓管理更高V和400V電池系統(tǒng)，Vicor Corporation全球汽車業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Patrick Wadden說。

為了提高內(nèi)燃機(jī)的燃油效率，降低內(nèi)燃機(jī)的燃油效率，汽車、卡車、公共汽車和摩托車制造商正在迅速電氣化其車輛CO2排放。電氣化有很多選擇，但大多數(shù)制造商選擇48伏輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)，而不是全混合動(dòng)力系統(tǒng)。在輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的12V除了電池，還增加了48V電池。

車輛配有800伏或400伏電池。Vicor從電池中獲得800或400伏特的電壓，并將功率轉(zhuǎn)換為48伏特，認(rèn)為負(fù)載供電如電動(dòng)渦輪增壓器、前擋風(fēng)玻璃和冷卻泵。由800或400伏電池供電的系統(tǒng)可以完全節(jié)省48V并創(chuàng)建虛擬48V電池。消除了48V電池，為OEM它提供了更高的功率密度，減輕了重量和尺寸，擴(kuò)大了車輛的行駛范圍。這些解決方案是可擴(kuò)展的，可以滿足豪華車的入門級(jí)需求。”Wadden說。

圖3：從過載12開始V機(jī)械電壓轉(zhuǎn)換為48V（來源：Vicor）

48V該技術(shù)可以有效地分配電源

48V技術(shù)將電源能力提高了4倍（P=V?I），可用于較重的負(fù)載，如空調(diào)和啟動(dòng)催化轉(zhuǎn)化器。V該系統(tǒng)可以為混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，可以更快、更穩(wěn)定地加速和節(jié)省燃油。

Wadden克服12伏輸電網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期成本優(yōu)化（PDN）猶豫可能是最大的挑戰(zhàn)。對(duì)汽車行業(yè)來說，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)提供了一種快速引入排放量低、里程長(zhǎng)、油耗高的新車的方法，具有實(shí)用性。它還提供了令人興奮的新設(shè)計(jì)選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和功能，同時(shí)仍然減少CO2排放。

絕大多數(shù)集中式使用DC-DC由于使用了舊的，轉(zhuǎn)換器體積大而笨重PWM低頻開關(guān)拓?fù)洹Ｗ钚碌慕Y(jié)構(gòu)是使用電源模塊的分散式電源傳輸(圖4)。

使用分散模型的好處甚至可以在車輛周圍較輕的電纜布線的系統(tǒng)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)。在最小化阻抗和電阻方面，將轉(zhuǎn)換器放置在最接近負(fù)載的位置。在某些情況下，冷卻板或液體冷卻可以簡(jiǎn)化冷卻方法。Wadden說功能安全的選擇和靈活性將通過更多的選擇發(fā)揮作用。

這種低功耗48的電源傳輸架構(gòu)V至12V轉(zhuǎn)換器。分散式電源架構(gòu)在電源系統(tǒng)中具有顯著的熱管理優(yōu)勢(shì)。

讓我們來看看集中系統(tǒng)和分散系統(tǒng)的高級(jí)示意圖。在左邊，我們有一個(gè)傳統(tǒng)的3kW傳統(tǒng)上有4000銀盒V輸入到12V汽車中的12個(gè)輸出V負(fù)載供電。如何在汽車周圍使用48V例子：轉(zhuǎn)換器放置在負(fù)載點(diǎn)的右側(cè)，分散模型消除了大銀箱，并根據(jù)需要在車輛周圍分配電源。這也允許帶備用耗材的實(shí)施ASIL FUSA。隨著電力需求的增加，管理變得越來越困難，這些舊的傳統(tǒng)銀盒無法繼續(xù)添加。Wadden說。

新的48V PDN傳統(tǒng)12必須支持更高的功率要求V負(fù)載，以及使用電纜的新大功率驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)。與更大、更笨重的分立解決方案相比，在越來越多的負(fù)載下提供更多的48V電源需要高密度模塊。Vicor從48提供多個(gè)用途V供電模塊。在降壓或升壓模式下，這些設(shè)備包括固定比和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換解決方案V和12V負(fù)載。這些轉(zhuǎn)換器可以包含在單個(gè)外殼中，也可以使用更小更輕的48V PDN整車分布。

圖5:傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器管理功耗(來源:Vicor）

圖6：Vicor解決方案(來源:Vicor）

當(dāng)OEM電壓轉(zhuǎn)換級(jí)應(yīng)放置在車輛附近最接近負(fù)載的地方，或48V降壓至12V或?qū)?2V升高至48V時(shí)，Vicor NBM可用于分散架構(gòu)。

通過使用400V和800V車輛與任何充電站的兼容性都需要盡可能簡(jiǎn)單但最有效的轉(zhuǎn)換解決方案。NBM6123采用61 x 23mm CM-ChiP封裝提供6.4kW固定比率的400V和800V為了實(shí)現(xiàn)路邊充電站與不同車輛的兼容性，實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展、高效、高密度的解決方案。Vicor解決方案的雙向功能允許同一模塊用于升壓或降壓轉(zhuǎn)換。NBM6123也可用于在充電過程中將能量輸送到車輛進(jìn)行空調(diào)，從而最大限度地減少電池平衡電路。

結(jié)論

如今，汽車電氣化采用了多種形式，為它們提供了非常復(fù)雜的動(dòng)力。車輛有許多不同的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)可能有不同的功率要求。模塊化電源方法本質(zhì)上更大的靈活性和可擴(kuò)展性，可以應(yīng)對(duì)許多挑戰(zhàn)。Vicor高性能解決方案體積小，重量輕，旨在解決任何系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換、充電和傳輸問題。

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