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Irina Huber 與 Vicor 公司汽車全球行銷總監 Gregory Green 及 Vicor 汽車領域首席應用工程師 Haris Muhedinovic 一同討論高密度電源模組解決方案,探索如何用它實現冗餘和快速充電,加快電源系統設計。
汽車電氣化掀起了一場前所未有的研發浪潮,包括優化供電網路、本地及全球充電基礎設施。由於這個問題的複雜性,有必要探索新的方法並開發創造性的解決方案。高密度電源模組為設計、擴充和適應當今汽車電氣化的快速發展步伐帶來了巨大的靈活性。
GREEN:雙向充電和智慧充電是相輔相成的。從本質上講,雙向充電是指使用汽車電池為另一個負載供電;而智慧充電是指系統智慧,讓汽車能够瞭解並管理它所供電的負載。
從充電器的角度看智慧充電,家用充電器是一種可以在適當時隨時提供電能的設備。例如,如果屋頂的太陽能電池板連接到物聯網,就可以輕鬆預測下一個晴天可以轉換和使用的電能。智慧充電器處理這些資訊,然後等電能可用的最合理時間為汽車充電。
MUHEDINOVIC:博世正在建設一套完整的智慧充電基礎設施。該基礎設施與發電廠通信,瞭解當前的電價、電網供電能力是否充足以及能源來源。因此,智慧充電可以監測整個充電基礎設施——汽車、太陽能板、電網、通信和能源提供商。
GREEN:這已經成為現實。例如在英國,自2022年年中起,所有牆上充電器都需要相容智慧充電器,並需要聯網以提供迴響。 特斯拉的大多數直流充電器已經做到了這一點。
GREEN:雙向充電是指使用汽車電池為另一個負載供電。這包括車輛對電網(V2G)、車輛對家庭(V2H)、車輛對負載(V2L)或車輛對車輛(V2V)等多種形式。
有少數幾款汽車具有向其它負載供電的能力,例如日產 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,這是智慧充電的用武之地,即監測並管理系統電能流動。智慧充電可以利用雙向電能來實現並優化 V2G、V2H、V2L 或 V2V。
MUHEDINOVIC:我們認為主要挑戰是相容性。今天的汽車使用兩種電壓,即 400V 或 800V ——電壓越高,充電速度越快。
問題是,大多數路邊充電樁都是 400VDC。為了實現快速充電,OEM 廠商需要採取措施,將 400V 提升到 800V。一些一級供應商已推出相關解決方案,但十分笨重,重量約為 15 千克。這些解決方案佔用的空間大,而且會縮短續航里程。
800V 電池和 400V 充電器之間的不相容問題可以通過“電池虛擬化”來解决。使用這種方法時,充電器會在車載充電器的一側“看到”一個 400V 的電池,即使另一側連接的是 800V 電池。Vicor 的技術可以實現這一點。
在重量方面,Vicor 的高密度大功率模組,如正弦幅度轉換器(SAC),體積只有 3.5 昇,可以實現電池虛擬化而不新增尺寸、重量和複雜性。 重量優勢意味著更遠的續航里程。
GREEN:除了其它優勢,Vicor 還提供功率和電壓的可擴充性。Vicor 的緊湊型電源模組可以並聯放置,以根據需要輕鬆新增功率。這意味著 OEM 只需要對一個部件進行特性分析和驗證,這是一個重大優勢,可以幫助 OEM 推出與眾不同的系統並更快地推向市場。
MUHEDINOVIC:使用 Vicor 的電源模組,不同汽車可以採用截然不同的供電網路(PDN),而不需要設計專業知識或投入大量時間。使用的部件數量很少,因此 OEM 可以快速配寘適合其 xEV 平臺的獨特供電網路(PDN)。配寘簡便性、靈活性和可擴充性是 Vicor 電源模組的主要特點。它們是設計當今快速變化的 xEV 的完美解決方案。
MUHEDINOVIC:隨著對自動駕駛汽車的需求不斷增加,對更可靠的電源架構的需求也不斷增加。因此,人們非常關注 FIT(Failure In Time)率。為了使單個部件達到 ASILD 等級或特殊功能自動駕駛所需的 FIT 率,OEM 正在實施冗餘,幫助他們達到低 FIT 率要求。為了實現這一點,他們通常實施冗餘電源,確保始終至少有一套電源可用於為指定的負載供電。
有時,製造商只依賴電池和 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,這是確保未來電動汽車安全冗餘的一個重要因素。隨著純機械系統越來越多地被電氣化功能所取代,例如電控轉向和電控制動,非常重要的一點是必須確保這些系統能够正常運行,即使高壓電池出現故障或暫時不可用。如果低壓電池遺失,DC-DC 轉換器將為這些設備供電,如果 DC-DC 轉換器遺失,將有另一套電源為轉向和制動系統供電。
有很多方法可以實現這一目標。Vicor 的優勢是,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餘。例如,其它解決方案的體積可能達到五昇,而 Vicor 只需不到兩昇就可以提供全部功能。這進一步簡化了架構,而且佔用的空間小得多。
GREEN:Vicor 的技術利用正弦幅度轉換器(SAC),可以實現電池虛擬化,並有可能徹底消除汽車中的低壓電池,同時仍然提供電力冗餘。這有助於優化供電網路,確保高效能和高效的功率轉換。
本文最初由 Electronik-DE 發表。
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