汽车电气化竞赛：取胜所需条件

多年来，汽车制造商一直面临着对更多动力的需求的挑战。在早期，汽车一直由六伏电池供电，直到 1950 年代中期，汽车系统发展到 12V 电源以满足对更多电力的永久需求。汽车制造商不仅必须预测车窗、转向和座椅的新动力传输需求，而且对更多动力的需求对于新的高压缩发动机至关重要。

最近，二氧化碳排放合规标准促使原始设备制造商重新考虑如何再次为汽车提供动力。虽然原始设备制造商正在引入电动汽车以满足这些标准，但尚未出现一种统一的方法来提供电力，不仅向电机提供电力，而且向车辆中的所有子系统提供电力。

电力需求的大幅增加加剧了这种缺乏清晰度的情况。配备内燃机的汽车通常以600W至3kW的电力水平运行。新型电动化 EV、HEV、PHEV 车辆 （xEV） 需要 3kW 至 60kW 以上的功率水平，是功率的 5 至 20 倍以上。

这 5 到 20 倍的增长在增加的尺寸、重量和供电网络 （PDN） 的复杂性方面给车辆带来了巨大的压力。这些要求会对能源效率、可靠性甚至舒适性和安全性产生负面影响，因为增加的尺寸和重量需要在车辆功能上进行权衡。如果汽车制造商继续采用传统的电力输送方法，根本没有足够的空间来满足所有的电气要求。为了应对这一挑战，他们需要找到一种解决方案，该解决方案不仅要轻巧紧凑，以减轻功率的大幅增加，而且还要灵活，可以在整个车队中重复使用。

除了重大的技术挑战外，原始设备制造商还加大了压力，并承诺在未来十年内实现其车队的全面电气化，尽管如何实现这一目标的具体细节仍然是一个悬而未决的问题。在整个电动汽车市场实现电气化标准化没有明确的途径。因此，虽然 OEM 可能都到达同一个地方，但他们设计的 PDN 会有所不同。

推动电气化势头

多年来，电动汽车产量不到全球汽车总产量的1%。根据瑞士信贷全球汽车研究团队的数据，这一比例将从2020年的11%飙升至2030年的62%，全球汽车销量将达到6300万辆。其中，近一半（预计有2900万辆）将是全电动的。

是什么推动了电动汽车的爆炸性增长？虽然排放合规和政府激励措施开始了这一趋势，但随着原始设备制造商将电动汽车从利基市场转变为主流，消费者的需求正在形成巨大的需求。这些原始设备制造商现在正在做出大胆的承诺。

原始设备制造商现在正在为一些最受欢迎和最受欢迎的车辆提供电气化。通用悍马，新福特Mach E（电动野马）和现在的旗舰F150轻型卡车（闪电）正在电气化。这些型号因其令人印象深刻的性能增强和时尚的设计而受到大众的关注。

这些新车具有改进的快速充电技术和更低的维护和维修成本，是推动消费者需求和增加电动汽车采用的催化剂。消费者看到了价值，因此势头正在增长。

高风险、高性能的电气化挑战

车辆平台的数量、消费者选择、不同的动力总成架构以及电池和充电配置的选择都增加了电源系统设计人员在致力于汽车车队电气化时必须解决的复杂性。

为了优化车辆电气化，原始设备制造商需要提高功率水平，减小供电网络的尺寸和重量，并提供更好的热管理和可重用性。传统的电源系统设计方式必须从复杂的基于分立式的定制设计过渡到更小、更灵活、更易于使用、更高密度的模块化解决方案。

加速电动化

为了实现其积极的电气化目标，原始设备制造商将需要重新考虑其供电架构方法。除了找到高效的解决方案外，为了加速和优化电气化，还需要满足三大要求。

功率密度：无论是设计快速跑车、轻型卡车还是家用车，OEM 都需要在有限的空间内提供尽可能多的动力。车辆需要紧凑高效的动力解决方案。

灵活性/可扩展性：车队有许多车辆使用同一平台，因此在共享同一平台的轿车、小型货车、SUV 等之间修改功率时，轻松进行功率缩放至关重要。

可 重用：为了实现全面的车队电气化，OEM 需要能够在不同车型中重复使用电源设计，以加快上市时间。

功率密度

各种xEV平台中使用的电力电子设备的尺寸和重量直接影响车辆性能、能源效率和电池续航里程。原始设备制造商正在积极减小其电力电子设备的尺寸和重量，以努力走得更远，更快，研发团队被激励减轻车辆重量。

Vicor （BCM6135） 的小型、效率仅为 98% 的总线转换器模块，可轻松与 EMI 滤波、简化的冷却结构和外壳捆绑在一起，以取代 25kg 48V 电池。这释放了相当大的空间和重量，并且可以产生125 - 250欧元的研发减重奖励。高密度电源模块将主 400 – 800V 电池转换为 48V，采用 61 x 35 x 7mm 小型封装，能够提供超过 2kW 的功率，功率密度为 》4.3kW/in.3。

灵活性/可扩展性

OEM设计人员试图尽可能标准化集成在车辆中的子系统，以节省时间，金钱和资源。但是，每种都因需要多种设计的车辆装饰水平而略有不同。由于车辆电气化的进步，电力系统设计团队面临着不断变化的电力输送要求的挑战。Vicor 提供的灵活且可扩展的模块化电源系统设计方法使设计人员能够跨各种动力总成（如 SUV、小型货车或轻型卡车）实施标准化解决方案。

例如，小型货车的功率要求可能为 5kW，但为带有灯条、牵引和犁包以及交流发电站的轻型卡车供电可能需要 10kW。使用相同的平台和一点额外的空间，工程师可以快速向阵列添加或移除预认证部件，以扩大或缩小电源。

模块化还通过从 48V 总线启用分布式电源架构提供了额外的灵活性。电源模块可以放置在方便的位置，以进行局部 48V/12V 转换 - 在手套箱后面、后备箱附近或每个车轮旁边。部署模块化解决方案不仅可以提供设计灵活性，还可以更好地简化电源更改和制造流程。

可重用性

车辆开发中最常见的延迟之一是车辆中使用的电子元件的资格认证和批准。有时，该过程可能需要长达两到三年的时间才能对单个组件进行资格认证和PPAP。研发团队寻找重用方法，以节省开发和认证时间，节省宝贵的资源。

例如，基于分立式 DC-DC 转换器设计的传统 PDN 可以由 200 多个笨重的组件组成，而 Vicor 先进技术提供单个高密度电源模块。当一个模块需要认证时，工程设计团队可以节省大量时间，而同一功能需要 200+ 个单独的组件。

此外，Vicor 模块化方法允许工程师仅使用 3 到 4 个各种类型的可扩展构建块模块，即可实现大约 300 种供电组合。这种设计方法节省了数百小时的时间和资源，使原始设备制造商在电气化竞赛中处于领先地位。

最后一圈

原始设备制造商面临着艰巨的挑战，不仅要跨越电气化终点线，还要完成将带来长期成果的xEV车队。利用模块化电源系统设计方法可以在这场关键的市场份额竞争中提供竞争优势。现在需要以新的架构和拓扑形式进行创新，这些架构和拓扑结构在当今提供最高的性能，并且还可以为将来重复使用和重新配置。

传统的电源设计无法满足这种灵活性和易用性。对于原始设备制造商来说，实现其雄心勃勃的电气化目标的最佳方法是采用模块化方法，在许多关键级别上提供最高性能，并使他们能够满足最复杂的xEV功率需求。

审核编辑：郭婷