電動汽車技術(shù)（e-mobility）可能是近年來科技公司和消費者不得不面對的最重大挑戰(zhàn)之一。雖然越來越需要找到可以徹底改變我們移動方式的環(huán)保系統(tǒng)，但也需要確保新的綠色技術(shù)在價格和性能方面盡可能高效和有效。

汽車 OEM 需要滿足日益嚴格的 CO 2排放標準，同時提高車輛性能以保持競爭力。純電動汽車 (EV)、混合動力電動汽車 (HEV) 和內(nèi)燃機 (ICE) 車輛的電氣化解決了這一重大挑戰(zhàn)。增加更高電壓的電池（例如 48 V、400 V 和 800 V）來滿足不斷增長的電力需求，反過來又增加了電力輸送架構(gòu)的復雜性，并在尺寸和效率方面提出了新的要求。

輕度混合動力汽車 (MHEV) 系統(tǒng)是通向電氣化的門戶。也被確定為輕型混合動力推進，它們將有助于混合模型的指數(shù)增長。MHEV系統(tǒng)能夠在制動過程中回收車輛能量，并在車輛重新啟動過程中提供能量，從而減少氣體消耗和CO 2排放。

HEV 車型的第二種電氣化方法涉及電動機與 ICE 一起工作，使車輛能夠在電動模式下 100% 行駛幾公里。另一種流行的替代方案是插電式混合動力電動汽車 (PHEV)，其中電池可以通過電網(wǎng)充電，零排放的續(xù)航里程增加到約 50 公里。在這種情況下，電氣化明顯高于 MHEV 和混合動力技術(shù)——購買成本也是如此——有數(shù)十種 PHEV 車型進入市場。

電池電動汽車 (BEV) 沒有內(nèi)燃機，而是由逆變器和電動機的組合提供動力。BEV 可通過電網(wǎng)和制動再生期間充電。在電動汽車中，我們還發(fā)現(xiàn)了增程式電動汽車 (EREV)，其小型內(nèi)燃機專門用作電流發(fā)電機，在電量不足時為電池充電。最后一類是由氫燃料電池驅(qū)動的燃料電池電動汽車（FCEV）。

圖 1：按動力總成類型劃分的全球預測

解決方案不僅可以用于固態(tài)電池或氫燃料電池等新能源存儲技術(shù)，還可以通過減輕重量和新的電氣架構(gòu)來提高汽車效率。

當今的電氣化挑戰(zhàn)

“當今電氣化面臨的挑戰(zhàn)如下：降低成本；滿足積極的 CO 2排放目標；管理電力需求的變化；為傳統(tǒng) 12V 負載供電；交付更輕、性能更高的車輛；提高功率水平；更快的充電時間；并管理來自 800-V 和 400-V 電池系統(tǒng)的更高電壓，”Vicor 公司汽車業(yè)務開發(fā)全球副總裁 Patrick Wadden 說。

汽車、卡車、公共汽車和摩托車的制造商正在迅速實現(xiàn)車輛電氣化，以提高內(nèi)燃機的燃油效率并減少 CO 2排放。有許多電氣化選擇，但大多數(shù)制造商選擇的是 48 V 輕度混合動力系統(tǒng)，而不是全混合動力系統(tǒng)。在輕度混合動力系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的 12V 電池外，還增加了一個 48V 電池。

“車輛中有一個 800 伏或 400 伏的電池，”瓦登說?！癡icor 從電池中獲取 800 或 400 V 的電壓，并將其轉(zhuǎn)換為 48 V 的電壓，為電動渦輪增壓器、前擋風玻璃和冷卻泵等負載供電。由 800 或 400 V 電池供電的系統(tǒng)可以選擇完全取消 48 V 電池并創(chuàng)建一個虛擬 48 V 電池。取消 48V 電池為 OEM 提供了更高的功率密度并減小了重量和尺寸，所有這些都可以擴大車輛的續(xù)航里程。這些解決方案具有可擴展性，因此可以滿足豪華車的入門級需求?！?/p>

48V 技術(shù)有效地分配電力

48V技術(shù)將功率能力提升4倍（P = V × I），可用于更重的負載，例如啟動時的空調(diào)和催化轉(zhuǎn)換器。為了提高車輛性能，48 V 系統(tǒng)可以為混合動力電機提供動力，該電機用于實現(xiàn)更快、更平穩(wěn)的加速，同時節(jié)省燃料。

“克服對修改長期成本優(yōu)化的 12V 供電網(wǎng)絡(luò) [PDN] 的猶豫不決可能是最大的挑戰(zhàn)，”Wadden 說。“對于汽車行業(yè)，48V 輕度混合動力系統(tǒng)提供了一種快速推出具有更低排放、更長續(xù)航里程和更高油耗的新車的方法，以及一種實用的方法。它還提供了新的和令人興奮的設(shè)計選項，以實現(xiàn)更高的性能和功能，同時仍然減少 CO 2排放?！?/p>

使用的絕大多數(shù)集中式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器體積龐大且笨重，因為它們使用舊的 PWM 低頻開關(guān)拓撲。需要考慮的更新架構(gòu)是使用電源模塊的分散式供電。

“使用分散式模型的好處可以在系統(tǒng)級別通過車輛周圍的更輕電纜實現(xiàn)更多，”Wadden 說?！霸谧钚』杩购?a target="_blank">電阻方面，將轉(zhuǎn)換器放置在最靠近負載的地方有一些很好的好處，可以簡化一些冷卻方法，在某些情況下，可以消除冷板或液體冷卻。通過更多選項和靈活性實現(xiàn)功能安全的選項開始發(fā)揮作用。”

這種供電架構(gòu)使用更小、功耗更低的 48V 至 12V 轉(zhuǎn)換器。分散式電源架構(gòu)在電源系統(tǒng)中提供了顯著的熱管理優(yōu)勢。

“讓我們看一下集中式系統(tǒng)與分散式系統(tǒng)的高級圖表，”Wadden 說?！霸谧髠?cè)，我們有一個傳統(tǒng)的 3 kW 銀盒，傳統(tǒng)上具有 400 V 輸入和 12 V 輸出，為汽車中的 12 V 負載供電。右側(cè)是汽車周圍如何使用 48 V 的示例：轉(zhuǎn)換器放置在負載點；分散式模型取消了大銀盒，并根據(jù)需要在車輛周圍分布配電。這也允許使用冗余電源實施 ASIL FUSA。隨著電源需求的增加，管理變得越來越困難，并且繼續(xù)添加這些舊的傳統(tǒng)銀盒不是一種選擇?！?/p>

新的 48-V PDN 必須支持具有更高功率要求的傳統(tǒng) 12-V 負載以及使用電纜的新型大功率驅(qū)動、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)。與更大、更笨重的分立解決方案相比，在負載數(shù)量不斷增加的情況下提供更多 48V 電源需要高密度模塊。Vicor 提供了多個用于從 48 V 供電的模塊。這些設(shè)備包括在降壓或升壓模式下支持 48 V 和 12 V 負載的固定比率和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換解決方案。這些轉(zhuǎn)換器可以包含在單個外殼中，也可以使用更小、更輕的 48V PDN 分布在整個車輛中。

當 OEM 需要在離負載最近的車輛周圍放置電壓轉(zhuǎn)換級并將 48 V 降壓至 12 V 或?qū)?12 V 升壓至 48 V 時，Vicor NBM 可用于分散式架構(gòu)。

通過使用 400-V 和 800-V 充電站，車輛與任何充電站的兼容性需要一個盡可能簡單但最重要的是高效的轉(zhuǎn)換解決方案。NBM6123 在 61 × 23-mm CM-ChiP 封裝中提供 6.4-kW 固定比率 400-V 和 800-V 轉(zhuǎn)換，為路邊充電站和不同車輛之間的兼容性提供可擴展、高效、高密度的解決方案. Vicor 解決方案的雙向功能允許使用同一模塊進行升壓或降壓轉(zhuǎn)換。NBM6123 還可用于在充電期間為車輛提供電力以進行空調(diào)，從而最大限度地減少電池平衡電路。

審核編輯：郭婷