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這是大勢所趨。隨著時間推移,汽車電源系統的電壓逐漸升高,我們正迎來向 48V 電源過渡的巨大飛躍。Vicor 電源模組使這一過渡變得非常簡單。
過去 20 年來,工程師們一直預測,汽車電氣系統電壓將從 12V 提高到 48V。但是,成本和慣性促使各車商一直採用 12V 電路,只是偶爾在大電流應用中有針對性地使用 48V 電源。
但是,特斯拉硬體工程副總裁 Pete Bannon 表示,12V 電源系統即將退出歷史舞臺。他在特斯拉年度投資者日大會上說:“我們現在正在尋求做出一項改變,那就是告別過去 60 年來一直使用的 12 伏電源系統。”
Bannon 解釋說,進行這一過渡的理由很充分。“60 年來,汽車對電力系統的需求一直在穩步增長,以至於我們現在必須使用規格更高的電線,在整個汽車中驅動超過 200 安培的電流。這就增加了汽車重量和成本。”他說道。長期以來,正是這些因素促使行業相信電力系統將發生徹底轉變。
“Cybertruck 和特斯拉將來推出的所有平臺都將採用 48V,”Bannon 宣佈,“這樣就可以將所需電流減少到四分之一。而且,由於線束中的功率損失是電阻乘以電流的平方,因此電流減小到四分之一,意味著在汽車中分配能量時的功率損失將減少到十六分之一。這使我們可以使用更小的電線、更小的電子保險絲和更小的控制器,減小散熱器的大小,甚至徹底不再使用散熱器,幫助減小汽車體積和重量。”
到目前為止,48V 技術的應用還很有限。“48V 系統面世已有幾年,為輕混合動力汽車的起動機-發電機和其它大功率配件(如主動懸掛和動力轉向)提供動力。”Guidehouse 的電動汽車資深研究分析師 Mike Austin 說道,“正如特斯拉在演示中所講,電壓越高,電流就越小,需要的電線也更細,可減輕重量和節約成本。”
圖 1:低壓架構的未來(Cybertruck、Optimus 和未來的汽車 - 全部採用 48V)。
然而,儘管簡化的線束成本更低,更容易安裝;但 48 伏電源元件更昂貴。這一直是一個重要因素。“它到目前為止沒有得到更廣泛的普及,大多就是因為成本的原因。”Austin 解釋說,“48V 電池和控制器比目前日常使用的 12V 起動機和電池更貴。”
白熾燈絲的脆弱性是另一個長期障礙。汽車內部的燈泡數量眾多,使淘汰 12V 系統的想法變得不切實際。然而,LED 照明已經包括了適當的電路,可以提供 LED 照明燈使用的低電壓。這意味著它們應該能夠像使用 12V 系統一樣使用 48V 系統,Vicor 公司汽車行銷總監 Greg Green 說道。Vicor 是一家專業生產電源模組的公司。
圖 2:使用傳統轉換器,以 94% 的效率管理功率損失。
通過徹底消除低壓電池,可以解決電動汽車(EV)設計中的成本問題。相反,這些汽車可以使用電源轉換器,將牽引電池的高壓降低,給車載系統供電。Austin 說:“在電動汽車設計中,這一點更容易做到,只需要對驅動電池的電壓進行轉換。如果特斯拉計畫在其汽車中使用 48V 為所有低壓電子元件供電,就可以降低複雜性,減輕重量,節省材料。”
這正是 Vicor 在大力推廣的做法。“對於燃油車,從使用 12V 交流發電機過渡到 48V 的過程中需要付出額外的代價。但對於電動汽車來說,過渡到 48V 是自然趨勢。”
圖 3:系統從超載的 12V 系統過渡到 48V。
根據 Green 的說法,他們不僅可以受益於線束重量和體積的減小,而且由 48V 系統供電的一些裝置也可以受益。“與使用 12V 電源相比,壓縮機和泵在使用 48V 電源時更加高效。”他說到,“這真的是一舉兩得。”
關鍵在於開發能夠按需提供電力,同時具有電池穩定性的電源轉換器。Vicor 表示已經解決了這一問題。“我們一直在與客戶合作,開發非常緊湊的 DC-DC 轉換器,將高壓電池電壓轉換為 48V。”Green 說道。對於任何傳統 12V 裝置,Vicor 提供了額外的模組,可以將電壓從 48V 降低到 12V。
特斯拉宣佈即將推出一項技術是一回事;而公司實際交付是另一回事。因此,Cybertrucks 能否量產,能否批量交付給零售客戶,讓我們拭目以待。
圖 4:全球預測——採用不同電力系統的汽車。
但是,不管特斯拉怎麼做,其他汽車製造商也已經制定了 48V 汽車生產計畫,Green 說道。他還表示,Vicor 的首批客戶將在今年晚些時候宣佈推出一款新型號,預計將在 2023 年或 2024 年初上市。到 2025 年和 2026 年,預計將有更多客戶跟進,而 12V 系統將在下一個十年逐步退出歷史舞臺。
“48V 系統是特斯拉將來的低壓系統設計方向,業內其他車廠也很可能會在適當的時候跟進。”Bannon 總結道。
本文最初由 Design News 發表。
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