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48V区域架构:电动汽车的未来

特斯拉开始使用48V系统以后,在电气领域和通信架构领域出现了新的动向,48V区域架构正在成为提高电动汽车性能和效率的关键技术。

在特斯拉的方案里,还是保留了传统的48V电池,电源模块可以在整个电源网络里提供重要的作用。关于这方面如何设计,Vicor介绍了48V区域架构如何优化电池电动车辆(BEV)的电池系统,这是一种比较有价值前瞻的方案。

当然我们也看到,围绕12V和48V的方案切换,对低压电气架构影响是很大的,所以目前还是以前瞻的思考为主。

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Part 1 电动汽车系统的挑战

电动汽车系统面临的主要挑战包括与路边充电器的兼容性、系统复杂性处理、重量最小化和功率耗散。随着纯电动负载从12V逐渐过渡到48V,包括电机负载、非电机负载(如智能汽车的计算平台、加热挡风玻璃等)和功能安全负载(如电动助力转向、智能电子制动等),这些挑战变得更加复杂。

● 系统复杂性:随着电动汽车功能的增加,电气系统变得更加复杂,传统的集中式架构难以满足需求。
● 兼容性问题:不同电压标准的充电站(400V和800V)之间存在兼容性问题,导致充电不便。
● 重量和散热:电动汽车需要尽可能减轻重量和有效散热,以提高续航里程和系统效率。

从这张图里来看,主要包含了12V和48V负载,整车的低压负载是通过48V传输的,12V的电气负载是通过48V进行转换。

从集中式到区域化的电子电气(E/E)架构转变,是为了应对日益增长的负载需求。

区域E/E架构配备了高性能计算单元,并通过CAN总线和汽车以太网连接,实现了更高效的负载管理和电源分配。

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48V PDN通过集成充电器和48V电源传递网络到电池包中,解决了400V和800V充电基础设施之间的不兼容性问题。这种集成不仅减少了热量、成本和重量,还提高了系统的整体效率。

Part 2 设计方案

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从整体来看,使用高密度电源模块的48V区域PDN带来了多方面的好处,包括减少系统重量、尺寸和复杂性,提供灵活性和可扩展性,加快上市时间,简化电源传递网络,并减少线束的重量和成本。

通过在电池系统组装中集成48V转换,可以在工厂减少车辆组装时间,并通过集成节省成本。

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48V PDN解决方案包括使用BCM6135和PRM3735等组件,这些组件提供了高瞬态响应和效率,以及稳定的调节输出电压。这些电源组件的应用,使得48V和12V负载能够更有效地管理和分配。

为了进一步减少PDN的尺寸和重量,提出了使用虚拟电池的概念,以创新的方式消除或最小化电池的需求。

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为了使800V的BEV能够在400V的充电站充电,基于Vicor NBM9280并行解决方案的充电器,在冷却液温度为50°C时也能保持高性能。

高密度电源模块(如Vicor的NBM9280和BCM6135),可以进一步提高系统效率和响应速度。这些模块具有以下优势:

● 高效率:BCM6135在800V输入电压下的峰值效率可达97.3%。
● 高瞬态响应:在负载电流快速变化时,能保持稳定的输出。
● 模块化设计:每个电源模块可以轻松并联或扩展,以适应不同功率需求,从1kW到20kW不等。

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从结果来看,通过更小的功率模块的导入,分布式架构比起原来的集中式电气架构,能带来更轻的效果。

为了更好地管理和分配电力,汽车电气架构从过去的分布式架构,经过现在的域集中架构,逐渐演变为未来的区域架构。区域架构通过高性能计算单元和区域控制单元(ZCU),实现更高效的电力管理和更低的系统复杂性。

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小结

这种围绕电源模块的48V区域架构,通过使用低压配电系统优化,不仅减轻了系统的重量和复杂性,还提供了灵活性和可扩展性。从设计层面还是很有特点的!

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