解决与电动汽车相关的开发挑战

最近的几份行业报告证实了电动汽车采用率的增长是一个明显而明显的趋势。虽然大流行暂停了全球汽车销售，但消费者有时间反思他们的车辆更换选择，而且似乎许多人正在考虑将电动汽车作为一种可行的选择。然而，广泛的消费者采用存在许多潜在障碍，最值得注意的是范围和充电时间焦虑。

尽管如此，由于许多国家和地区政府的举措以及制造商的特别优惠，电动汽车的销量将在未来几年显着增长。

从汽车制造商的角度来看，未来仍有许多技术挑战需要解决。电动汽车的最初开发旨在为早期采用者市场在现有品牌车型中添加电动汽车替代品。然而，持续和显着的增长将需要许多不同方面的技术进步。

例如，电池设计正在对新的化学物质和构造方法进行重大创新。尽管这些发展仍处于起步阶段，但已经取得了可喜的成果。部署方便且易于访问的电动汽车充电基础设施也需要大量投资。续航里程和充电时间以及价格仍然是消费者的首要考虑因素，但影响这些的关键因素是车辆的重量。

今天的电动汽车仍然使用 12 V 电池为挡风玻璃雨刷、座椅舒适控制和信息娱乐等非牵引相关功能供电。一些制造商目前正在将 12 V 电池更换为新型号的 48 V 电池。

低压遗产

今天的任何新车都配备了无数基于电子设备的功能，这与哈德逊汽车公司在 1918 年引入标准化电池概念时相去甚远。今天，时尚的触摸控制信息娱乐系统通常包含收音机、媒体播放器、 GNSS 导航系统、智能手机集成以及车辆状态和系统配置菜单。此外，车内乘客还可以通过智能手机、大容量 SD 卡或在线服务传输音乐。高级驾驶辅助系统 （ADAS） 结合使用雷达、激光雷达和基于机器学习的计算机视觉来提供全面的驾驶辅助，例如自适应巡航控制 （ACC）、盲点检测和紧急制动。汽车技术的进步令人印象深刻，但它们都有过去的遗产；

对于配备 400 V 或 800 V 电池组的 EV，结合额外的电池和相关的电源管理电子设备为上述所有设备供电似乎会产生不必要的材料成本。图 1 说明了与内燃机相比，混合动力和纯电动汽车动力架构变得多么复杂。

过去，制造商将单独的系统功能封装在单独的电子控制单元 （ECU） 中，每个电子控制单元由 12 V 电源供电。这种分布式电源管理和转换方法会导致高 BOM 成本。当然，BOM 成本并不是唯一需要考虑的因素，因为 12 V 原电池和所有电源组件的重量代表了重要的有效载荷。例如，12V 启动电池的平均重量为 20 公斤，再加上多余的功率转换组件，很快就会显着增加。

从另一个角度来看，从 DC/DC 功率的角度来看，电动汽车动力传动系统需要 50 kW 及更高的功率转换和管理，而传统内燃机汽车的功率转换和管理需要不到 3 kW。因此，在最小的空间和最轻的重量下实现可靠和高效的功率转换变得至关重要。EV 电源架构需要支持驱动动力系统、车载和基础设施充电以及传统系统。

图 1. 用于内燃机、混合动力和全电动汽车的动力架构比较（来源 Vicor）。图片由 Bodo‘s Power Systems提供

汽车供电架构；不同的方法

Vicor 提出的解决电动汽车开发挑战的可行方法是使用虚拟 12 V（或 24 V/48 V）电池（图 2）。与其依赖单独的 12 V 电池，为什么不直接从车辆的主 400 V 或 800 V 电池组创建一个虚拟电池？通过这种方法，制造商可以减轻重量，同时降低相关的工程、供应链和库存成本。

图 2. 使用虚拟电池 12 V 和 48 V 电源（来源 Vicor）实现 EV 电源架构。图片由 Bodo’s Power Systems提供

通过将高密度 HV 到 LV 转换模块整合到现有子系统中，Vicor 方法还实现了更高的集成度并降低了 BoM 成本——这也是 OEM 厂商希望实现的。

Vicor 提案侧重于图 2 所示的电力输送网络架构的三个方面：充电、转换和输送。

电动汽车充电：电动汽车行业正在逐渐采用 800 V 工作电压的电池组，但部署的大部分电动汽车充电基础设施都基于最初的 400 V 标准。因此，任何新的电动汽车都需要能够适应这两种电压水平。高效且直接的双向转换模块已经上市，可为电池到充电站的兼容性提供极其灵活、高效和高密度的可扩展解决方案。

电源转换：使用符合汽车标准的高密度 DC/DC 模块对 EV 的主高压电池进行转换，可为汽车制造商节省大量重量和空间。同样，双向电源转换功能为供电架构设计提供了灵活性。消除对 48 V 中间能量存储的需求的能力，由 HV 电池中的虚拟 48 V 电池使用，进一步节省了重量和空间。

虚拟供电：在较新的车辆中，48 V 应用包括新的驱动、转向和线控制动大功率系统。满足这些网络的供电要求，同时支持具有更高功率要求的传统 12V 负载（参见图 3）需要仔细考虑。Vicor 提供比传统解决方案更小、更轻的紧凑型高密度模块解决方案。

图 3. 通过车辆 HV 电池（来源 Vicor）的虚拟电源架构支持传统 12 V 应用。图片由 Bodo‘s Power Systems提供

重新定义汽车供电架构

随着汽车 OEM 努力降低二氧化碳排放量，同时提高车辆性能和功能，电动汽车被证明是最佳选择。然而，将电动汽车的重量保持在最低限度以实现更好的续航里程被证明是一项挑战。重新定义车辆供电网络的架构可以节省重量和系统成本。　　

      审核编辑：彭静