48V分布式電源架構(gòu)解決汽車電氣化難題

這可增加 4 倍的電量 (P = V • I)，用于催化式排氣凈化器等重負荷。48V 系統(tǒng)可為混合動力發(fā)動機供電，在節(jié)省燃油的同時，更快、更平穩(wěn)的加速，以提高車輛性能。額外的電源不僅可為轉(zhuǎn)向、剎車以及懸架系統(tǒng)提供支持，而且還可增加新的安全、娛樂及舒適特性。

引入 48 伏輕度混合動力系統(tǒng)，一旦完成設(shè)計，會有很大的優(yōu)勢?？朔﹂L期存在的 12 伏供電網(wǎng)絡(luò) (PDN) 進行改造的猶豫可能是最大的挑戰(zhàn)。改變供電通常需要必須進行大量測試的新技術(shù)，而且可能還需要能夠按汽車產(chǎn)業(yè)的高安全性及高質(zhì)量標準供電的全新供應(yīng)商。

但數(shù)據(jù)中心行業(yè)在轉(zhuǎn)向 48V PDN 的過程中發(fā)現(xiàn)，這樣做的優(yōu)勢遠遠超過了轉(zhuǎn)換成本。對于汽車產(chǎn)業(yè)來說，48V 輕度混合動力系統(tǒng)帶來了快速推出排放更低、行駛里程更遠、油耗更低的全新車輛的途徑。此外，它還可為提高性能特性并減少二氧化碳排放提供令人振奮的全新設(shè)計選項。

如何最大化 48V 供電網(wǎng)絡(luò)

增加 48V 電池，為更重的動力總成及底盤系統(tǒng)負載供電，可為工程師提供各種選項?，F(xiàn)在有一個增加系統(tǒng)的選擇，可以直接處理 48V 輸入，也可以保留泵、風扇和電機等原有 12V 機電負載，無需通過穩(wěn)壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器將 48V 轉(zhuǎn)換成 12V。為了管理變革與風險，現(xiàn)有輕度混合動力供電系統(tǒng)逐漸增加 48V 負載的同時，仍使用大型集中式數(shù)千瓦 48V 至 12V 轉(zhuǎn)換器，將整個汽車的 12V 電源提供給 12V 負載。然而，這種集中式架構(gòu)不僅沒有完全利用 48V PDN 的優(yōu)勢，而且也沒有利用現(xiàn)在可用的高級轉(zhuǎn)換器拓撲、控制系統(tǒng)與封裝的優(yōu)勢。

這些集中式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器(圖 1)絕大多數(shù)都很笨重，因為它們使用較早的低頻率開關(guān) PWM 拓撲。此外，它們也會為大量關(guān)鍵動力總成系統(tǒng)帶來單點故障。

另外一種需要考慮的架構(gòu)是使用模塊化電源組件進行分布式供電(圖 2)。該供電架構(gòu)使用更小、更低功耗的 48 至 12V 轉(zhuǎn)換器，在整個接近 12V 負載的車輛中配電。簡單的功率方程式 P = V • I 和 PLOSS = I2R 就可以說明為什么 48V 配電比 12V 更高效。

對于給定功率級而言，與 12V 系統(tǒng)相比，48V 系統(tǒng)電流低四倍、功耗低 16 倍。在 1/4 的電流下，電纜和連接器可能會更小、更輕，而且成本也會更低。此外，分布式電源架構(gòu)還有顯著的熱管理及電源系統(tǒng)冗余優(yōu)勢。