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,這些技術(shù)幫助提高了小型混合動力汽車的效率和性能。

對48-V系統(tǒng)的新興趣可能與電池電動車和混合動力車(HEV)日益流行有關(guān)。用高壓電池發(fā)電48V的電動或混合動力汽車可以實現(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(如電源開關(guān)和電動機驅(qū)動器)的負荷-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會。

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,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)的角度來看,可以通過?區(qū)域架構(gòu) 或使用48伏低壓軌配電。

在20世紀早期,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轉(zhuǎn)向12V。如今,如今功能豐富的汽車正在推進12V軌道的極限,將汽車制造商推到48V,這既帶來了挑戰(zhàn),也帶來了機遇。

20世紀90年代末,推動了42-VE/E系統(tǒng)。但是,OEM由于缺乏高效電動機而放棄了這種方法,市場轉(zhuǎn)向了使用高壓起動發(fā)電機的mhev。雖然"第一個"48-V系統(tǒng),他們只使用48-V電池和小型電動機協(xié)助內(nèi)燃機,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,需要一個大雙向轉(zhuǎn)換器之間的48V和12V鋼軌,增加了一個巨大的成本負擔(dān)。相比之下,高電壓汽車、插插式混合動力汽車和BEVS可以使用高壓電池制造48V低壓軌道,為整個E/E系統(tǒng)供電。

由于裝飾線和平臺有限,未來的Bev平臺是OEM實現(xiàn)48V汽車系統(tǒng)的主要目標。向電動車的過渡也增加了對電動車和電動車的投資。

減少線束

減少線束的第一個主要嘗試是引入?yún)^(qū)域結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)通過基于位置的分組功率分布、通信和負載驅(qū)動而不是功能來優(yōu)化車輛中的線路。 區(qū)域結(jié)構(gòu)通過使用智能半導(dǎo)體引信取代用于配電的傳統(tǒng)熔化引信,并充當從中央計算機到傳感器、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,因為電流減少,以提供相同數(shù)量的電力(例如,12V時為25%,而12V時為100%)。

一個區(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級才能運送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%。

對于一個窗口電動機,20A12V成為5A48V,從而節(jié)省60%的成本和52%電線重量。隨著負載-電流需求的減少,移動到48V的線束效益也降低。

移動到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,OEM需要評估不同的架構(gòu)。 在實施48V低壓軌道時的三種選擇:48V級初級配電和12V級局部配電;48V級配電和12V級配電;12V級配電和48V級高壓負載。

48-V設(shè)計中破壞性最小的方法是使用48-V軌道為高電流負載提供動力,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)。兩個電壓的分布使線束的路由成為一個因素,因為在同一線束中,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增加費用,因為可能需要多余的12-V和48-V用品。

一個更激烈的設(shè)計變化是直接移動到48V電力分配架構(gòu),并創(chuàng)建一個12V軌道當?shù)匦枰?。用本?2V實現(xiàn)48V分布是實現(xiàn)移動到48V的最大效益的最佳架構(gòu),因為它提供了最大的減少線束尺寸和成本。

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直流/直流轉(zhuǎn)換器可以為不同的負載組合創(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)苯上熱擴散。

如果OEM想要重新使用現(xiàn)有的12-V設(shè)計,中心12-V軌道是更容易的方法。在這一架構(gòu)中,一個始終如一的DC/DC轉(zhuǎn)換器為功能安全的臨界負載提供電源,而一個具有大功率需求的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,使電動機的反電動勢,或12V軌的正瞬態(tài)電壓能流回48V軌。

設(shè)計挑戰(zhàn)

采用48-V低壓軌的設(shè)計挑戰(zhàn)包括瞬態(tài)電壓、滲流和間隙要求、電磁兼容性標準和IC成本。

在48-V系統(tǒng)中,瞬態(tài)電壓是對話的主要話題。今天,12-V系統(tǒng)是眾所周知的,其標準如ISO16750-2,規(guī)定了最壞情況下的電壓瞬態(tài)曲線,如負載轉(zhuǎn)儲。對于48-V系統(tǒng),今天可用的標準是為需要最多70V的超電壓點的mhv制定的。但是,當考慮到轉(zhuǎn)換暫態(tài)或組件邊緣時,它會導(dǎo)致組件評級大大高于70V。

MHVV的標準雖然作為起點是有用的,但不一定適用于在沒有大功率啟動發(fā)電系統(tǒng)的情況下從高壓電池上發(fā)電48V的電力或混合動力系統(tǒng)。在一個Bev48V低壓網(wǎng)周圍的精確標準仍在定義中,但OEM可能會開始發(fā)展自己的標準,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)行標準。

漏電和間隙要求是行業(yè)標準測量的最短距離之間的電路板上的導(dǎo)電部件。它們是防止兩個點之間的電壓超過擊穿電壓時發(fā)生的弧度的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。滲透和清除有很多標準(獨立信息委員會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)的一個微妙的影響是,雖然它們有助于減少傳導(dǎo)損失,但開關(guān)損失也會增加。這對于直流/DC轉(zhuǎn)換器和電動機驅(qū)動器等開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的EMC測試是相關(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,然后是四倍的開關(guān)損耗 .

當影響開關(guān)損失的因素越來越多時,說明在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)省實際銅線和制造成本,但對話回到成本。采用48V有許多好處和挑戰(zhàn),將在某種程度上影響成本,無論是在IC層面還是系統(tǒng)層面。OEM將需要決定何時和如何將48-V系統(tǒng)納入其中,以最大限度地提高效益和降低成本。市場和半導(dǎo)體供應(yīng)商已經(jīng)為48-V系統(tǒng)做好了準備,最近的車輛創(chuàng)新證明了這一點。