先进电动汽车的电压转化战略 在48V电动汽车供电网络中布置区域架构

为了满意先进轿车体系的需求，减轻分量，削减占用的空间，选用 48V 区域架构已成为一种有吸引力的挑选。

轿车体系正迁移到更高电压。

48V 体系的功率和分量优势。

在电动轿车中布置区域。电源。架构。

轿车的开展一向处于颠覆性改变和添加的状况，且没有放缓的痕迹。从轿车怎么移动，到怎么与乘客及其他车辆互动，每一个方面都在发生改变。这一点不只适用于轿车自身，还适用于周围的社会基础设施，从电动轿车充电体系到才智城市的互动。

在轿车电气化方面，切换动力来历并用。电机。驱动车辆是简略直接的方面。但要开发下一代电动轿车，有必要全面考虑整车的规划。

例如，在依托内燃机驱动车辆的传统燃油车中，一般有一个沟通发电机或发电机组，发电量一般超出轿车所需的平均水平。这些体系一般依据详细规划供给低至 12V 或 24V 的电源。

因而，轿车电源规划工程师的作业相对简略，他们大致知道轿车需求多少电力，并且知道这不会约束车辆的行进间隔或速度。但是，关于现在的电动轿车，状况忽然发生了改变，开灯或听收音时机影响到续航路程。这就迫使轿车规划师进行权衡，因为电池中的电力既要用于驱动车辆，也会用于其他用处，这样会缩短续航路程。

为什么说更高的电压对现代电动轿车体系至关重要。

现代电动轿车的一个重要方面是它们运用更高的电压，一般为 400V 或 800V。高压。是一种安全隐患，因而车辆规划师有必要考虑高压区域与接触点或司乘人员地点方位的联系。

大多数电动轿车的车内作业电压为 12V。虽然多年来 48V 一向是轿车界的方针，但这需求规划全新的发电机，以及 48V 泵、压缩机、雨刷电机等，因而其开展一再被延误，直到最近才有所改观。

现在，轿车行业可以开端在车辆配电网络中运用 48V 的优势。但是，轿车规划的中心终究依然归结为轿车行业的两个关键词：本钱和分量（见图 1）。48V 体系的优势在于主电缆更小，铜用量更少，意味着它们分量更轻，本钱更低。另一个优势是这些电缆的线径要小得多，因而车内的物理布线愈加简单。

图 1：本钱和分量是轿车原始设备制造商考虑的主要要素。48V 体系的优势在于主电缆更小，铜用量更少，这意味着轿车分量更轻，本钱更低。另一个优势是这些电缆的线径要小得多，因而车内的物理布线要简单得多。

选用 48V 电源架构，再加上区域电源架构的超卓才能，咱们就可以运用三或四个区域。操控器。最大极限地削减。操控体系。和。通讯。电缆，而不是将数十个。芯片。涣散安装在整个车辆中。这样还可以协助规划师将最大的负载先转化为 48V，然后下降开发和验证新的 48V 雨刷电机或前端照明体系的本钱。

在配电网络中施行区域架构，就可以灵敏地将部分负载转化到 48V，一起在轿车的前后端及。信息。文娱体系中仍运用 12V 电源。在这种混合配电体系中，中心电源为 48V，只是在需求时在部分转化为 12V。这就像。嵌入式体系。中运用的。最新。板级配电架构。

电动轿车的电压转化战略。

面临将高压（HV）（800V 或 400V）转化为 48V，再转化为 12V 的应战，有几种解决办法。传统办法运用很多分立元件，占用的空间十分大。现在，一种新办法是运用高功率核算体系中选用的微型化技能，并将其改造用于轿车，以满意轿车的一切电压转化需求。

将电压降至 48V 时的一个问题是怎么为终端负载（不管对错稳压负载仍是稳压负载）供给所需的电力。另一个方面是怎么办理能量收回制动体系的发电。在这个环节，双向转化解决方案十分重要，以便将能量收回制动体系宣布的 48V 电回馈到电路和电池中。

这一点也适用于其他高档子体系，如具有能量收回功用的主动悬挂和主动转向体系。它们或许需求 48V 电压，也或许将 48V 电压反响回电池。

例如，Vicor。的 BCM母线。转化器。自身具有双向转化功用。它们可以在无需操控过程的状况下完结升压或降压，主动从降压切换到升压，或从升压切换到降压。这些转化器可以感知想要的。电流。方向并做出反响。

Vicor 的 BCM 是高密度、高效的固定比率（非稳压）阻隔。 DC。-DC 转化器模块，选用 ChiP或 VIA 封装。这种规划简化了冷却，一起供给 PMBus操控、EMI 滤波和瞬态维护功用。

它们的输入电压为从 800V 到 48V，支撑各种 K 因子，以支撑包含轿车在内的多种运用。运用 Vicor。 公司。的的正弦振幅转化器（SAC）拓扑，高压 BCM ChiP 可以完结 98% 的峰值功率，功率密度高达 147,000W/l³。这些 BCM 可以轻松并联成高功率阵列，且输出可以串联以完结更高的输出电压。BCM 自身具有双向转化功用，使规划人员可以削减负载所需的大容量。电容。。

因而，体系怎么在车内完结降压、升压和切换十分重要，特别是当考虑家庭到车辆到家庭、车辆到电网到车辆等先进运用时特别如此。轿车的。电力电子。设备有必要继续开展，以支撑这些需求和其他新式的跨渠道功用。

另一个比如是 NBM系列固定比率（非稳压）、非阻隔双向 DC-DC 转化器。这些模块供给了一个完好的 DC-DC 解决方案，且不需求外部输入。滤波器。或大容量电容。NBM2317 具有内置热插拔功用和浪涌电流约束，且其低输出阻抗可支撑快速瞬态呼应。NBM 系列转化器选用通孔转化器封装（ChiP）和外表贴装（SM-ChiP）封装。

48V 体系的功率和分量优势。

线束的分量是向 48V 轿车过渡的一个重要驱动要素，也是向 48V 子体系和电机过渡的很多技能优势之一。电压越高，电机越强壮、越节能，并且可以协助减缩主电源线的尺度。这样还可以大幅度节省本钱，因为车辆线束的电线长度或许长达数百英尺。并且，更细、更轻的线束也更简单集成到车辆及其子体系中。

除了减轻主配电网络和线束的分量外，它还可以改进热办理，因为体系的功率更高，发出的热量更少。在电动轿车中，热办理关于坚持电池冷却十分重要，因为电池对温度十分灵敏。此外，假如可以有效地办理温度，防止体系内部毛病和失效，其他电气体系的运转寿数会更长。

假如可以经过进步功率节省 100 瓦的功率，那么对燃油车来说可以将每公里的二氧化碳排放削减 1 克，或许将电动轿车的续航路程添加多达 10 公里。

在 48V 电动轿车。供电。网络。中布置区域架构。

在选用 800V 馈电的区域架构中，咱们可以在车头到车尾的整个网络中进行单次转化，将电压下降到 48V。而在车辆中负载地点的方位上，咱们可以在本地将 48V 电压降压到 12V。您只需左前和右前两个区域，而无需使电线贯穿整个车辆。然后，您可以将负载衔接到这些区域。随后，在车辆后部运用 48V 主体系进行相同的操作，并衔接本地 12V 负载。这样还可以使整个轿车的规划愈加灵敏，可以满意未来需求，在车辆迁移到其他电压和功率水平常习惯各种改变。

例如，幻想一个依据 Vicor BCM、DCM和 PRM设备的区域架构——这些设备在一个阵列中作业（见图 2）。它们可以彼此通讯并同享电流，以防止呈现一个设备过载而另一个设备负载缺乏的状况。这样就可以更轻松地扩展或缩小电源体系的规划，而无需进行很多从头规划作业。

图 2：48V 区域架构（右侧）可以减缩尺度和分量，一起进步能效。例如，线规可以从 10 号线缩小到 4 号线，从而大大减轻分量，简化规划。经过将 Vicor DC-DC 电源转化器涣散到不同区域，还可以大幅度削减散热，减轻冷却体系的负载。终究，与集中式架构（左边）比较，功率损耗可以削减 60%。

这种办法也适用于体系中仍有一个小型 12V 电池以满意功用安全要求的车辆——确保车辆的。智能。部分正常运转以确保安全状况。

因而，经过这三种设备，体系可以将高压 800V 电池的电压转化为 48V，并且可以进一步降压到稳压或非稳压的 12V 电压。该技能的优势之一是零电压开关，瞬态电流可到达每秒数百万安培。

因为开关速度十分快，体系可以从高压电池快速为负载供电，就像它们带有额定的低压电池相同。制造商可以将节省下来的空间和分量用于其它意图。

电气。化将使原始设备制造商可以将其车辆过渡到 48V 的配电网络，运用 Vicor 的高功率密度 DC-DC 转化器模块等技能创立 48V 体系。区域架构可完结面向未来的规划，协助依据当时和未来的功率需求进行相应的扩展或减缩。

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