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Irina Huber 与 Vicor 公司汽车全球营销总监 Gregory Green 及 Vicor 汽车领域首席应用工程师 Haris Muhedinovic 一同讨论高密度电源模块解决方案,探索如何用它实现冗余和快速充电,加快电源系统设计。
汽车电气化掀起了一场前所未有的研发浪潮,包括优化供电网络、本地及全球充电基础设施。由于这个问题的复杂性,有必要探索新的方法并开发创造性的解决方案。高密度电源模块为设计、扩展和适应当今汽车电气化的快速发展步伐带来了巨大的灵活性。
GREEN:双向充电和智能充电是相辅相成的。从本质上讲,双向充电是指使用汽车电池为另一个负载供电;而智能充电是指系统智能,让汽车能够了解并管理它所供电的负载。
从充电器的角度看智能充电,家用充电器是一种可以在适当时随时提供电能的设备。例如,如果屋顶的太阳能电池板连接到互联网,就可以轻松预测下一个晴天可以转换和使用的电能。智能充电器处理这些信息,然后等电能可用的最合理时间为汽车充电。
MUHEDINOVIC:博世正在建设一套完整的智能充电基础设施。该基础设施与发电厂通信,了解当前的电价、电网供电能力是否充足以及能源来源。因此,智能充电可以监测整个充电基础设施——汽车、太阳能板、电网、通信和能源提供商。
GREEN:这已经成为现实。例如在英国,自 2022 年年中起,所有墙上充电器都需要兼容智能充电器,并需要联网以提供反馈。特斯拉的大多数直流充电器已经做到了这一点。
GREEN:双向充电是指使用汽车电池为另一个负载供电。这包括车辆对电网(V2G)、车辆对家庭(V2H)、车辆对负载(V2L)或车辆对车辆(V2V)等多种形式。
有少数几款汽车具有向其它负载供电的能力,例如日产 Leaf 和福特 F150。它们可以提供 3.6kW 的交流电。
双向充电功能需要监测,这是智能充电的用武之地,即监测并管理系统电能流动。智能充电可以利用双向电能来实现并优化 V2G、V2H、V2L 或 V2V。
MUHEDINOVIC:我们认为主要挑战是兼容性。今天的汽车使用两种电压,即 400V 或 800V ——电压越高,充电速度越快。
问题是,大多数路边充电桩都是 400VDC。为了实现快速充电,OEM 厂商需要采取措施,将 400V 提升到 800V。一些一级供应商已推出相关解决方案,但十分笨重,重量约为 15 千克。这些解决方案占用的空间大,而且会缩短续航里程。
800V 电池和 400V 充电器之间的不兼容问题可以通过“电池虚拟化”来解决。使用这种方法时,充电器会在车载充电器的一侧“看到”一个 400V 的电池,即使另一侧连接的是 800V 电池。Vicor 的技术可以实现这一点。
在重量方面,Vicor 的高密度大功率模块,如正弦幅度转换器(SAC),体积只有 3.5 升,可以实现电池虚拟化而不增加尺寸、重量和复杂性。重量优势意味着更远的续航里程。
GREEN:除了其它优势,Vicor 还提供功率和电压的可扩展性。Vicor 的紧凑型电源模块可以并联放置,以根据需要轻松增加功率。这意味着 OEM 只需要对一个部件进行特性分析和验证,这是一个重大优势,可以帮助 OEM 推出与众不同的系统并更快地推向市场。
MUHEDINOVIC:使用 Vicor 的电源模块,不同汽车可以采用截然不同的供电网络(PDN),而不需要设计专业知识或投入大量时间。使用的部件数量很少,因此 OEM 可以快速配置适合其 xEV 平台的独特供电网络(PDN)。配置简便性、灵活性和可扩展性是 Vicor 电源模块的主要特点。它们是设计当今快速变化的 xEV 的完美解决方案。
MUHEDINOVIC:随着对自动驾驶汽车的需求不断增加,对更可靠的电源架构的需求也不断增加。因此,人们非常关注 FIT(Failure In Time )率。为了使单个部件达到 ASILD 等级或特殊功能自动驾驶所需的 FIT 率,OEM 正在实施冗余,帮助他们达到低 FIT 率要求。为了实现这一点,他们通常实施冗余电源,确保始终至少有一套电源可用于为指定的负载供电。
有时,制造商只依赖电池和 DC-DC 转换器,但是他们还可能提供两条独立的路径,使用高压电池为低压电池供电,这是确保未来电动汽车安全冗余的一个重要因素。随着纯机械系统越来越多地被电气化功能所取代,例如电控转向和电控制动,非常重要的一点是必须确保这些系统能够正常运行,即使高压电池出现故障或暂时不可用。如果低压电池丢失,DC-DC 转换器将为这些设备供电,如果 DC-DC 转换器丢失,将有另一套电源为转向和制动系统供电。
有很多方法可以实现这一目标。Vicor 的优势是,与竞争对手相比,Vicor 的架构能以更小的体积和重量提供所需的冗余。例如,其它解决方案的体积可能达到五升,而 Vicor 只需不到两升就可以提供全部功能。这进一步简化了架构,而且占用的空间小得多。
GREEN:Vicor 的技术利用正弦幅度转换器(SAC),可以实现电池虚拟化,并有可能彻底消除汽车中的低压电池,同时仍然提供电力冗余。这有助于优化供电网络,确保高性能和高效的功率转换。
本文最初由 Electronik-DE 发表。
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