48V电气化趋势
汽车电气化使车辆更加舒适、安全和智能,是汽车行业发展的必然趋势。而随着电气化进程的深入,车辆负载功率日益上升,已经接近传统的14V电气网络的功率上限,考虑到电气线束重量、成本和电气效率等因素,提升车辆电气网络电压等级已经提上日程。
一般认为,未来车辆电气网络会存在两种方案:
1) 12V和48V电气网络并存
2) 仅保留48V电气网络
在两种电气网络并存的当下,48V负载主要来源为:
1) 目前已实现电气化的大功率12V部件将向48V转移,比如电子真空泵、前玻璃挡板加热器等;
2) 未来新增的大功率部件,比如48V电机、电子空调、电子涡轮增压器、电子防翻滚系统等。新增的48V部件提升了车辆在动力性、舒适性和安全性方面的表现,同时也为自动驾驶的发展铺平道路。
在48V系统中,直流变换器(DCDC)作为12V电气网络和48V电气网络的桥梁,承担两者之间能量转换的职责。如果电池能量是水池中的水,那么功率就是水的流量。48V的水来自48V电机,同时12V电池和48V电池为各电气部件供水。随着12V负载阀门大小趋近流量极限值,未来48V电池将更多地为车辆部件供水。
进入2018年,第一代48V P0系统已经逐渐成熟,48V领域的先行者们已经投入到第二代系统的开发中。目前第二代48V系统的主流的拓扑结构包括P2.5、P3、P4和eDCT等,功率等级提升带来了更佳的辅助助力和能量回收效果,并且增加滑行起停和纯电动驾驶等功能,而其节油目标也普遍在20%以上。第一代48V P0系统中电机功率在10kW左右,而目前二代系统方案中,电机功率普遍在18kW以上,48V电池容量也从原来的8Ah提升至20Ah,相当于48V水池更大了,从48V电机获取的水源流量也更大了。
新一代48V DCDC介绍
2018年初,联合电子开始新一代48 DCDC的产品开发,以适应市场需求变化,新一代产品有以下几个特点:
功率大,功率可选
新一代48V DCDC升级为2kW被动风冷和3.3kW水冷两个版本,功率等级提升。产品系列功率范围覆盖1.8kW/2.0kW/2.5kW/3.3kW,共4个产品系列供客户选择,可满足国内外大多数客户需求。
高效率
正向传输模式下峰值效率高于96%,在大于500W输出功率时效率高于95%。反向传输模式下峰值效率高于90%。
功能齐全
支持双向传输。在正向传输模式下,能量从高压网络向低压网络传输,对14V网络供电;在反向传输模式下,能量从低压网络向高压网络传输,为48V电机在起动、助力、回收工况下辅助供电。除了正向传输和反向传输功能以外,还有预充功能,可在上电时给电机终端电容预充电,防止上电初始化过程48V电池继电器闭合时出现浪涌电流。支持跛行回家功能,甚至在锂离子电池故障下仍可工作。
冷却方式
体积小,支持自然冷却和水冷,冷却方式的选择,需根据DCDC的功率及安装位置的环境温度综合判断。3.3kW水冷版本布置灵活,功率大,适用于用电负载需求较大的高端车型。
安装方式
支持多种安装方式,且易于和电源模块集成。可安装在前大灯后面,紧邻12V电池,冷却风扇后方,乘客座椅下方,后备箱等位置。
功能安全
近年来,越来越多的厂商关注功能安全,即ISO 26262功能安全标准,该标准定位在车用电气器件、电子设备等专门用于汽车领域的部件,旨在提高汽车电子、电气产品功能安全的国际标准。
新一代3.3kW DCDC可达到ASIL C。目前,DCDC设计了多个安全目标,比如避免12V侧过压、12V欠压,48V过压及过热引起的危害等,同时具有完备的诊断及保护措施。
电磁兼容性
48V DCDC作为电气部件,需满足客户提出的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility, EMC)要求,一般而言,零部件EMC测试包括发射测试和抗干扰测试两类,而零部件的EMC等级要求高于整车EMC等级。新一代DCDC的EMC等级到达CISPR25 Class5,市场竞争力更强。
可靠
严格遵守V模型开发流程,其中第一代产品已经取得ASPICE Level1的资格。开发过程具备完善的测试验证流程,包括硬件测试、软件测试、系统集成测试、整车测试,每个环节设计多种Test Case验证产品的功能与性能。
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