雖然48V汽車系統(tǒng)提供了許多好處和挑戰(zhàn),但汽車制造商必須決定如何實(shí)現(xiàn)最大化效益和降低成本的轉(zhuǎn)變。但為什么是現(xiàn)在?48V的汽車系統(tǒng)并不新鮮。多年來(lái),這些技術(shù)幫助提高了小型混合動(dòng)力汽車的效率和性能。

對(duì)48-V系統(tǒng)的新興趣可能與電池電動(dòng)車和混合動(dòng)力車(HEV)日益流行有關(guān)。用高壓電池發(fā)電48V的電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車可以實(shí)現(xiàn)48V系統(tǒng)的重要效益。增加48V低壓鋼軌可以降低為整個(gè)車輛提供電力的線束的尺寸,并降低下游半導(dǎo)體部件(如電源開(kāi)關(guān)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器)的負(fù)荷-電流要求。因此,48-V系統(tǒng)可以提供比12-V系統(tǒng)更多的能量,為增加從人工智能到迷你冰箱的功能提供了機(jī)會(huì)。

政府的法規(guī)和稅收優(yōu)惠措施正在幫助加速向BEV的轉(zhuǎn)變。為滿足政府的要求,改善客戶體驗(yàn),Bev原裝設(shè)備制造商正在尋求優(yōu)化成本、重量和練習(xí)范圍。從電氣學(xué)的角度來(lái)看,可以通過(guò)?區(qū)域架構(gòu) 或使用48伏低壓軌配電。

在20世紀(jì)早期,汽車工業(yè)使用6V軌道提供電力,直到電力/電子(E/E)系統(tǒng)的電力需求迫使市場(chǎng)轉(zhuǎn)向12V。如今,如今功能豐富的汽車正在推進(jìn)12V軌道的極限,將汽車制造商推到48V,這既帶來(lái)了挑戰(zhàn),也帶來(lái)了機(jī)遇。

20世紀(jì)90年代末,推動(dòng)了42-VE/E系統(tǒng)。但是,OEM由于缺乏高效電動(dòng)機(jī)而放棄了這種方法,市場(chǎng)轉(zhuǎn)向了使用高壓起動(dòng)發(fā)電機(jī)的mhev。雖然"第一個(gè)"48-V系統(tǒng),他們只使用48-V電池和小型電動(dòng)機(jī)協(xié)助內(nèi)燃機(jī),這減少了燃料消耗和提高了效率。

主要的低壓鋼軌電力電子/E系統(tǒng)仍然在12V,需要一個(gè)大雙向轉(zhuǎn)換器之間的48V和12V鋼軌,增加了一個(gè)巨大的成本負(fù)擔(dān)。相比之下,高電壓汽車、插插式混合動(dòng)力汽車和BEVS可以使用高壓電池制造48V低壓軌道,為整個(gè)E/E系統(tǒng)供電。

由于裝飾線和平臺(tái)有限,未來(lái)的Bev平臺(tái)是OEM實(shí)現(xiàn)48V汽車系統(tǒng)的主要目標(biāo)。向電動(dòng)車的過(guò)渡也增加了對(duì)電動(dòng)車和電動(dòng)車的投資。

減少線束

減少線束的第一個(gè)主要嘗試是引入?yún)^(qū)域結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)通過(guò)基于位置的分組功率分布、通信和負(fù)載驅(qū)動(dòng)而不是功能來(lái)優(yōu)化車輛中的線路。 區(qū)域結(jié)構(gòu)通過(guò)使用智能半導(dǎo)體引信取代用于配電的傳統(tǒng)熔化引信,并充當(dāng)從中央計(jì)算機(jī)到傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元(ECU)的通信網(wǎng)關(guān),減少車輛線路。

在下一代區(qū)域架構(gòu)中包括48V低壓鋼軌,可以進(jìn)一步降低線束的重量和成本。48V的鋼軌可以減少電線表,同時(shí)減少線束的電力損失,并可能縮小印刷電路板(多氯聯(lián)苯)的尺寸,因?yàn)殡娏鳒p少,以提供相同數(shù)量的電力(例如,12V時(shí)為25%,而12V時(shí)為100%)。

一個(gè)區(qū)域控制模塊需要100A才能在12V上交付1200瓦。相比之下,48V的鐵路只需要25A級(jí)才能運(yùn)送1200瓦。電壓翻兩番,電流降低四分之一,使線束成本和重量降低85%。

對(duì)于一個(gè)窗口電動(dòng)機(jī),20A12V成為5A48V,從而節(jié)省60%的成本和52%電線重量。隨著負(fù)載-電流需求的減少,移動(dòng)到48V的線束效益也降低。

移動(dòng)到48V的主要好處是減少電線表,但電線成本并不是唯一的因素。如今,在車輛上安裝厚的電線表,如4條特設(shè)工作組。降低48-V系統(tǒng)中的線規(guī),可以使用自動(dòng)化制造工藝安裝線束,大大降低成本。

48-V架構(gòu)

在優(yōu)化48-V系統(tǒng)的布線束時(shí),OEM需要評(píng)估不同的架構(gòu)。 在實(shí)施48V低壓軌道時(shí)的三種選擇:48V級(jí)初級(jí)配電和12V級(jí)局部配電;48V級(jí)配電和12V級(jí)配電;12V級(jí)配電和48V級(jí)高壓負(fù)載。

48-V設(shè)計(jì)中破壞性最小的方法是使用48-V軌道為高電流負(fù)載提供動(dòng)力,并將其他所有設(shè)備保持在12V。然而,48V和12V可以分布到區(qū)域控制模塊或其他ECU,但這種方法提出了一些挑戰(zhàn)。兩個(gè)電壓的分布使線束的路由成為一個(gè)因素,因?yàn)樵谕痪€束中,12V和48V的路由都可能導(dǎo)致潛在的短從12V到48V。功能安全方面的考慮也會(huì)增加費(fèi)用,因?yàn)榭赡苄枰嘤嗟?2-V和48-V用品。

一個(gè)更激烈的設(shè)計(jì)變化是直接移動(dòng)到48V電力分配架構(gòu),并創(chuàng)建一個(gè)12V軌道當(dāng)?shù)匦枰Ｓ帽镜?2V實(shí)現(xiàn)48V分布是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)到48V的最大效益的最佳架構(gòu),因?yàn)樗峁┝俗畲蟮臏p少線束尺寸和成本。

在具有12V本地架構(gòu)的48V配電中,有許多選擇可以在ECU上創(chuàng)建本地12V軌道或完全選擇不同的電壓(25V、16V、5V、3.3V)。

在分布式架構(gòu)中,具有低功率要求的多個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器可以為不同的負(fù)載組合創(chuàng)建12V軌道。這一方法使直流/直流轉(zhuǎn)換器能夠使用集成MOSIFT,以及自由選擇電壓(例如48V至3.3V)和更好地在多氯聯(lián)苯上熱擴(kuò)散。

如果OEM想要重新使用現(xiàn)有的12-V設(shè)計(jì),中心12-V軌道是更容易的方法。在這一架構(gòu)中,一個(gè)始終如一的DC/DC轉(zhuǎn)換器為功能安全的臨界負(fù)載提供電源,而一個(gè)具有大功率需求的DC/DC轉(zhuǎn)換器為12V系統(tǒng)的其余部分提供電源。另一種選擇是使用雙向48V至12V直流/直流轉(zhuǎn)換器,使電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì),或12V軌的正瞬態(tài)電壓能流回48V軌。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

采用48-V低壓軌的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括瞬態(tài)電壓、滲流和間隙要求、電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和IC成本。

在48-V系統(tǒng)中,瞬態(tài)電壓是對(duì)話的主要話題。今天,12-V系統(tǒng)是眾所周知的,其標(biāo)準(zhǔn)如ISO16750-2,規(guī)定了最壞情況下的電壓瞬態(tài)曲線,如負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)。對(duì)于48-V系統(tǒng),今天可用的標(biāo)準(zhǔn)是為需要最多70V的超電壓點(diǎn)的mhv制定的。但是,當(dāng)考慮到轉(zhuǎn)換暫態(tài)或組件邊緣時(shí),它會(huì)導(dǎo)致組件評(píng)級(jí)大大高于70V。

MHVV的標(biāo)準(zhǔn)雖然作為起點(diǎn)是有用的,但不一定適用于在沒(méi)有大功率啟動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的情況下從高壓電池上發(fā)電48V的電力或混合動(dòng)力系統(tǒng)。在一個(gè)Bev48V低壓網(wǎng)周圍的精確標(biāo)準(zhǔn)仍在定義中,但OEM可能會(huì)開(kāi)始發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn),以包含低于70V的線路暫態(tài)。

雖然60V和70V之間的差別看起來(lái)很小,但是集成電路控制器容納更高電壓的成本并不一定是線性的。此外,即使有可能控制供應(yīng)范圍,重要的是要考慮利用故障模式事件的可能性,例如ISO7637-2地址等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

漏電和間隙要求是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的最短距離之間的電路板上的導(dǎo)電部件。它們是防止兩個(gè)點(diǎn)之間的電壓超過(guò)擊穿電壓時(shí)發(fā)生的弧度的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。滲透和清除有很多標(biāo)準(zhǔn)(獨(dú)立信息委員會(huì)60662-1和IPC2221A),OEM甚至可能有自己的內(nèi)部指導(dǎo)。從12V到48V的移動(dòng)增加了滲流和間隙的要求,直接影響IC包、電路板布局、線束連接器等。

48-V系統(tǒng)的一個(gè)微妙的影響是,雖然它們有助于減少傳導(dǎo)損失,但開(kāi)關(guān)損失也會(huì)增加。這對(duì)于直流/DC轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的EMC測(cè)試是相關(guān)的。增加電壓(V) 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) )由12V至48V允許電流(I) 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) )減少。但是,如果死亡率( t R + t F )在48-V系統(tǒng)中,與12-V系統(tǒng)相同,然后是四倍的開(kāi)關(guān)損耗 .

當(dāng)影響開(kāi)關(guān)損失的因素越來(lái)越多時(shí),說(shuō)明在48-V系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)接速率是如何影響切換損失的。有幾種方法可以幫助?減少直流/直流轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行的排放 .

雖然48V系統(tǒng)可以降低線束的重量和尺寸,節(jié)省實(shí)際銅線和制造成本,但對(duì)話回到成本。采用48V有許多好處和挑戰(zhàn),將在某種程度上影響成本,無(wú)論是在IC層面還是系統(tǒng)層面。OEM將需要決定何時(shí)和如何將48-V系統(tǒng)納入其中,以最大限度地提高效益和降低成本。市場(chǎng)和半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)為48-V系統(tǒng)做好了準(zhǔn)備,最近的車輛創(chuàng)新證明了這一點(diǎn)。