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緊湊型電源模塊推動(dòng)汽車(chē)電氣化

Irina Huber與Vicor公司汽車(chē)全球營(yíng)銷(xiāo)總監Gregory Green及Vicor汽車(chē)領(lǐng)域首席應用工程師Haris Muhedinovic一同討論高密度電源模塊解決方案,探索如何用它實(shí)現冗余和快速充電,加快電源系統設計。
2024-03-27
來(lái)源:VICOR

  汽車(chē)電氣化掀起了一場(chǎng)前所未有的研發(fā)浪潮,包括優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò )、本地及全球充電基礎設施。由于這個(gè)問(wèn)題的復雜性,有必要探索新的方法并開(kāi)發(fā)創(chuàng )造性的解決方案。高密度電源模塊為設計、擴展和適應當今汽車(chē)電氣化的快速發(fā)展步伐帶來(lái)了巨大的靈活性。

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  1雙向充電和智能充電有什么區別?

  GREEN:雙向充電和智能充電是相輔相成的。從本質(zhì)上講,雙向充電是指使用汽車(chē)電池為另一個(gè)負載供電;而智能充電是指系統智能,讓汽車(chē)能夠了解并管理它所供電的負載。

  從充電器的角度看智能充電,家用充電器是一種可以在適當時(shí)隨時(shí)提供電能的設備。例如,如果屋頂的太陽(yáng)能電池板連接到互聯(lián)網(wǎng),就可以輕松預測下一個(gè)晴天可以轉換和使用的電能。智能充電器處理這些信息,然后等電能可用的最合理時(shí)間為汽車(chē)充電。

  MUHEDINOVIC:博世正在建設一套完整的智能充電基礎設施。該基礎設施與發(fā)電廠(chǎng)通信,了解當前的電價(jià)、電網(wǎng)供電能力是否充足以及能源來(lái)源。因此,智能充電可以監測整個(gè)充電基礎設施——汽車(chē)、太陽(yáng)能板、電網(wǎng)、通信和能源提供商。

  GREEN:這已經(jīng)成為現實(shí)。例如在英國,自2022年年中起,所有墻上充電器都需要兼容智能充電器,并需要聯(lián)網(wǎng)以提供反饋。特斯拉的大多數直流充電器已經(jīng)做到了這一點(diǎn)。

  2雙向充電是如何使用的?

  GREEN:雙向充電是指使用汽車(chē)電池為另一個(gè)負載供電。這包括車(chē)輛對電網(wǎng)(V2G)、車(chē)輛對家庭(V2H)、車(chē)輛對負載(V2L)或車(chē)輛對車(chē)輛(V2V)等多種形式。

  有少數幾款汽車(chē)具有向其它負載供電的能力,例如日產(chǎn)Leaf和福特F150。它們可以提供 3.6kW 的交流電。

  雙向充電功能需要監測,這是智能充電的用武之地,即監測并管理系統電能流動(dòng)。智能充電可以利用雙向電能來(lái)實(shí)現并優(yōu)化V2G、V2H、V2L或V2V。

  Vicor正在做些什么來(lái)確保每輛電動(dòng)汽車(chē)都能與高速公路上的直流快充站兼容,以消除續航焦慮,加速電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)?

  MUHEDINOVIC:我們認為主要挑戰是兼容性。今天的汽車(chē)使用兩種電壓,即400V或800V——電壓越高,充電速度越快。

  問(wèn)題是,大多數路邊充電樁都是400VDC。為了實(shí)現快速充電,OEM廠(chǎng)商需要采取措施,將 400V 提升到800V。一些一級供應商已推出相關(guān)解決方案,但十分笨重,重量約為15千克。這些解決方案占用的空間大,而且會(huì )縮短續航里程。

  800V電池和400V充電器之間的不兼容問(wèn)題可以通過(guò)“電池虛擬化”來(lái)解決。使用這種方法時(shí),充電器會(huì )在車(chē)載充電器的一側“看到”一個(gè) 400V 的電池,即使另一側連接的是800V電池。Vicor的技術(shù)可以實(shí)現這一點(diǎn)。

  在重量方面,Vicor的高密度大功率模塊,如正弦幅度轉換器(SAC),體積只有3.5升,可以實(shí)現電池虛擬化而不增加尺寸、重量和復雜性。重量?jì)?yōu)勢意味著(zhù)更遠的續航里程。

  3如何應對不斷變化的供電需求,開(kāi)發(fā)供電架構新方法?

  GREEN:除了其它優(yōu)勢,Vicor還提供功率和電壓的可擴展性。Vicor的緊湊型電源模塊可以并聯(lián)放置,以根據需要輕松增加功率。這意味著(zhù)OEM只需要對一個(gè)部件進(jìn)行特性分析和驗證,這是一個(gè)重大優(yōu)勢,可以幫助 OEM推出與眾不同的系統并更快地推向市場(chǎng)。

  MUHEDINOVIC:使用Vicor的電源模塊,不同汽車(chē)可以采用截然不同的供電網(wǎng)絡(luò )(PDN),而不需要設計專(zhuān)業(yè)知識或投入大量時(shí)間。使用的部件數量很少,因此OEM可以快速配置適合其xEV平臺的獨特 供電網(wǎng)絡(luò )(PDN)。配置簡(jiǎn)便性、靈活性和可擴展性是Vicor電源模塊的主要特點(diǎn)。它們是設計當今快速變化的xEV的完美解決方案。

  4電源冗余對電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)有多重要?

  MUHEDINOVIC:隨著(zhù)對自動(dòng)駕駛汽車(chē)的需求不斷增加,對更可靠的電源架構的需求也不斷增加。因此,人們非常關(guān)注FIT(Failure In Time )率。為了使單個(gè)部件達到ASILD等級或特殊功能自動(dòng)駕駛所需的FIT率,OEM正在實(shí)施冗余,幫助他們達到低FIT率要求。為了實(shí)現這一點(diǎn),他們通常實(shí)施冗余電源,確保始終至少有一套電源可用于為指定的負載供電。

  有時(shí),制造商只依賴(lài)電池和DC-DC轉換器,但是他們還可能提供兩條獨立的路徑,使用高壓電池為低壓電池供電,這是確保未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)安全冗余的一個(gè)重要因素。隨著(zhù)純機械系統越來(lái)越多地被電氣化功能所取代,例如電控轉向和電控制動(dòng),非常重要的一點(diǎn)是必須確保這些系統能夠正常運行,即使高壓電池出現故障或暫時(shí)不可用。如果低壓電池丟失,DC-DC轉換器將為這些設備供電,如果 DC-DC 轉換器丟失,將有另一套電源為轉向和制動(dòng)系統供電。

  有很多方法可以實(shí)現這一目標。Vicor的優(yōu)勢是,與競爭對手相比,Vicor的架構能以更小的體積和重量提供所需的冗余。例如,其它解決方案的體積可能達到五升,而Vicor只需不到兩升就可以提供全部功能。這進(jìn)一步簡(jiǎn)化了架構,而且占用的空間小得多。

  GREEN:Vicor的技術(shù)利用正弦幅度轉換器(SAC),可以實(shí)現電池虛擬化,并有可能徹底消除汽車(chē)中的低壓電池,同時(shí)仍然提供電力冗余。這有助于優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò ),確保高性能和高效的功率轉換。

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