緊湊型電源模塊推動汽車電氣化

Irina Huber與Vicor公司汽車全球營銷總監(jiān)Gregory Green及Vicor汽車領(lǐng)域首席應(yīng)用工程師Haris Muhedinovic一同討論高密度電源模塊解決方案，探索如何用它實現(xiàn)冗余和快速充電，加快電源系統(tǒng)設(shè)計。

汽車電氣化掀起了一場前所未有的研發(fā)浪潮，包括優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)、本地及全球充電基礎(chǔ)設(shè)施。由于這個問題的復(fù)雜性，有必要探索新的方法并開發(fā)創(chuàng)造性的解決方案。高密度電源模塊為設(shè)計、擴(kuò)展和適應(yīng)當(dāng)今汽車電氣化的快速發(fā)展步伐帶來了巨大的靈活性。

1 雙向充電和智能充電有什么區(qū)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電池為另一個負(fù)載供電；而智能充電是指系統(tǒng)智能，讓汽車能夠了解并管理它所供電的負(fù)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(dāng)時隨時提供電能的設(shè)備。例如，如果屋頂?shù)奶柲茈姵匕暹B接到互聯(lián)網(wǎng)，就可以輕松預(yù)測下一個晴天可以轉(zhuǎn)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間為汽車充電。

MUHEDINOVIC：博世正在建設(shè)一套完整的智能充電基礎(chǔ)設(shè)施。該基礎(chǔ)設(shè)施與發(fā)電廠通信，了解當(dāng)前的電價、電網(wǎng)供電能力是否充足以及能源來源。因此，智能充電可以監(jiān)測整個充電基礎(chǔ)設(shè)施——汽車、太陽能板、電網(wǎng)、通信和能源提供商。

GREEN：這已經(jīng)成為現(xiàn)實。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(shù)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電池為另一個負(fù)載供電。這包括車輛對電網(wǎng)（V2G）、車輛對家庭（V2H）、車輛對負(fù)載（V2L）或車輛對車輛（V2V）等多種形式。

有少數(shù)幾款汽車具有向其它負(fù)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(jiān)測，這是智能充電的用武之地，即監(jiān)測并管理系統(tǒng)電能流動。智能充電可以利用雙向電能來實現(xiàn)并優(yōu)化V2G、V2H、V2L或V2V。

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

MUHEDINOVIC：我們認(rèn)為主要挑戰(zhàn)是兼容性。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(shù)路邊充電樁都是400VDC。為了實現(xiàn)快速充電，OEM廠商需要采取措施，將 400V 提升到800V。一些一級供應(yīng)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，而且會縮短續(xù)航里程。

800V電池和400V充電器之間的不兼容問題可以通過“電池虛擬化”來解決。使用這種方法時，充電器會在車載充電器的一側(cè)“看到”一個 400V 的電池，即使另一側(cè)連接的是800V電池。Vicor的技術(shù)可以實現(xiàn)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(zhuǎn)換器（SAC），體積只有3.5升，可以實現(xiàn)電池虛擬化而不增加尺寸、重量和復(fù)雜性。重量優(yōu)勢意味著更遠(yuǎn)的續(xù)航里程。

3 如何應(yīng)對不斷變化的供電需求，開發(fā)供電架構(gòu)新方法？

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

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

4 電源冗余對電動汽車的未來有多重要？

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(gòu)的需求也不斷增加。因此，人們非常關(guān)注FIT（Failure In Time ）率。為了使單個部件達(dá)到ASILD等級或特殊功能自動駕駛所需的FIT率，OEM正在實施冗余，幫助他們達(dá)到低FIT率要求。為了實現(xiàn)這一點(diǎn)，他們通常實施冗余電源，確保始終至少有一套電源可用于為指定的負(fù)載供電。

有時，制造商只依賴電池和DC-DC轉(zhuǎn)換器，但是他們還可能提供兩條獨(dú)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余的一個重要因素。隨著純機(jī)械系統(tǒng)越來越多地被電氣化功能所取代，例如電控轉(zhuǎn)向和電控制動，非常重要的一點(diǎn)是必須確保這些系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，即使高壓電池出現(xiàn)故障或暫時不可用。如果低壓電池丟失，DC-DC轉(zhuǎn)換器將為這些設(shè)備供電，如果 DC-DC 轉(zhuǎn)換器丟失，將有另一套電源為轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)供電。

有很多方法可以實現(xiàn)這一目標(biāo)。Vicor的優(yōu)勢是，與競爭對手相比，Vicor的架構(gòu)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(dá)到五升，而Vicor只需不到兩升就可以提供全部功能。這進(jìn)一步簡化了架構(gòu)，而且占用的空間小得多。

GREEN：Vicor的技術(shù)利用正弦幅度轉(zhuǎn)換器（SAC），可以實現(xiàn)電池虛擬化，并有可能徹底消除汽車中的低壓電池，同時仍然提供電力冗余。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(zhuǎn)換。