48V區(qū)域架構(gòu)：電動(dòng)汽車的未來

特斯拉開始使用48V系統(tǒng)以后，在電氣領(lǐng)域和通信架構(gòu)領(lǐng)域出現(xiàn)了新的動(dòng)向，48V區(qū)域架構(gòu)正在成為提高電動(dòng)汽車性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)。

在特斯拉的方案里，還是保留了傳統(tǒng)的48V電池，電源模塊可以在整個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)里提供重要的作用。關(guān)于這方面如何設(shè)計(jì)，Vicor介紹了48V區(qū)域架構(gòu)如何優(yōu)化電池電動(dòng)車輛（BEV）的電池系統(tǒng)，這是一種比較有價(jià)值前瞻的方案。

當(dāng)然我們也看到，圍繞12V和48V的方案切換，對(duì)低壓電氣架構(gòu)影響是很大的，所以目前還是以前瞻的思考為主。

Part 1、電動(dòng)汽車系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

電動(dòng)汽車系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)包括與路邊充電器的兼容性、系統(tǒng)復(fù)雜性處理、重量最小化和功率耗散。隨著純電動(dòng)負(fù)載從12V逐漸過渡到48V，包括電機(jī)負(fù)載、非電機(jī)負(fù)載（如智能汽車的計(jì)算平臺(tái)、加熱擋風(fēng)玻璃等）和功能安全負(fù)載（如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、智能電子制動(dòng)等），這些挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。

●?系統(tǒng)復(fù)雜性：隨著電動(dòng)汽車功能的增加，電氣系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的集中式架構(gòu)難以滿足需求。

●?兼容性問題：不同電壓標(biāo)準(zhǔn)的充電站（400V和800V）之間存在兼容性問題，導(dǎo)致充電不便。

●?重量和散熱：電動(dòng)汽車需要盡可能減輕重量和有效散熱，以提高續(xù)航里程和系統(tǒng)效率。

從這張圖里來看，主要包含了12V和48V負(fù)載，整車的低壓負(fù)載是通過48V傳輸?shù)模?2V的電氣負(fù)載是通過48V進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

從集中式到區(qū)域化的電子電氣（E/E）架構(gòu)轉(zhuǎn)變，是為了應(yīng)對(duì)日益增長的負(fù)載需求。

區(qū)域E/E架構(gòu)配備了高性能計(jì)算單元，并通過CAN總線和汽車以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了更高效的負(fù)載管理和電源分配。

48V PDN通過集成充電器和48V電源傳遞網(wǎng)絡(luò)到電池包中，解決了400V和800V充電基礎(chǔ)設(shè)施之間的不兼容性問題。這種集成不僅減少了熱量、成本和重量，還提高了系統(tǒng)的整體效率。

Part 2、設(shè)計(jì)方案

從整體來看，使用高密度電源模塊的48V區(qū)域PDN帶來了多方面的好處，包括減少系統(tǒng)重量、尺寸和復(fù)雜性，提供靈活性和可擴(kuò)展性，加快上市時(shí)間，簡化電源傳遞網(wǎng)絡(luò)，并減少線束的重量和成本。

通過在電池系統(tǒng)組裝中集成48V轉(zhuǎn)換，可以在工廠減少車輛組裝時(shí)間，并通過集成節(jié)省成本。

48V PDN解決方案包括使用BCM6135和PRM3735等組件，這些組件提供了高瞬態(tài)響應(yīng)和效率，以及穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓。這些電源組件的應(yīng)用，使得48V和12V負(fù)載能夠更有效地管理和分配。

為了進(jìn)一步減少PDN的尺寸和重量，提出了使用虛擬電池的概念，以創(chuàng)新的方式消除或最小化電池的需求。

為了使800V的BEV能夠在400V的充電站充電，基于Vicor NBM9280并行解決方案的充電器，在冷卻液溫度為50°C時(shí)也能保持高性能。

高密度電源模塊（如Vicor的NBM9280和BCM6135），可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率和響應(yīng)速度。這些模塊具有以下優(yōu)勢：

●?高效率：BCM6135在800V輸入電壓下的峰值效率可達(dá)97.3%。

●?高瞬態(tài)響應(yīng)：在負(fù)載電流快速變化時(shí)，能保持穩(wěn)定的輸出。

●?模塊化設(shè)計(jì)：每個(gè)電源模塊可以輕松并聯(lián)或擴(kuò)展，以適應(yīng)不同功率需求，從1kW到20kW不等。

從結(jié)果來看，通過更小的功率模塊的導(dǎo)入，分布式架構(gòu)比起原來的集中式電氣架構(gòu)，能帶來更輕的效果。

為了更好地管理和分配電力，汽車電氣架構(gòu)從過去的分布式架構(gòu)，經(jīng)過現(xiàn)在的域集中架構(gòu)，逐漸演變?yōu)槲磥淼膮^(qū)域架構(gòu)。區(qū)域架構(gòu)通過高性能計(jì)算單元和區(qū)域控制單元（ZCU），實(shí)現(xiàn)更高效的電力管理和更低的系統(tǒng)復(fù)雜性。

小結(jié)

這種圍繞電源模塊的48V區(qū)域架構(gòu)，通過使用低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化，不僅減輕了系統(tǒng)的重量和復(fù)雜性，還提供了靈活性和可擴(kuò)展性。從設(shè)計(jì)層面還是很有特點(diǎn)的！