用DCM实现HEV/EV 电气系统的配电

作者:Arthur Russell 首席应用工程师

说到汽车配件,如多个车载电脑、车载信息娱乐系统和几十个分布式控制模块,以及高亮度照明、摄像头、车道意识(lane-awareness)监测等等,混合动力电动汽车和纯电动汽车(HEV和BEV)通常处于领导地位。

所有这些均在12V电压下消耗电力,包括其他常见的电动汽车负载,像车窗除雾器,以及气候控制风机。典型汽车交流发电机的额定功率值通常是50-70A。

然而,HEV和BEV没有连续运行的内燃机,因此它们不能使用人们熟悉的机械驱动的交流发电机来为这些配件供电,并保持其12V标准汽车电池电压。出于同样的原因,HEV和BEV也没有目前传统汽车中机械驱动的动力转向泵和空调压缩机。即使是一些看似简单的系统,如电力制动器(ICE真空歧管(manifold vacuum)的断电),在一辆HEV中也需要不同的解决方案。

在电动汽车的场景中,这些大多数以前的机械动力系统现在已经作为电子消费品实现。现在,电动助力转向是一个高功率的电致动线控驱动系统,空调使用无刷DC或三相AC电机驱动的压缩机,甚至停车制动器使用了一个以电气方式来驱动卡钳的电机。这些系统显著提高了安全-接触12V电源的要求。

DC-DC转换器模块(DCM)


DCM是一个隔离式、稳压的DC-DC转换器。该产品线包括宽范围输入的离线(高电压)输入系列,以及面向工业或传统车载应用的低电压系列。DCM可在很宽的
输入电压范围内实现很高的功率密度。这些产品可支持往往超过50%范围的输出

电压微调、功能软启动,以及过载情况下的恒流模式操作。DCM阵列的实现简单——其内置负载线可实现多达8个模块的无线阵列,功率高达4.8kW。

辅助电源模块(APM)的要求

电动汽车使用一个辅助电源模块(APM)来替代发电机。APM将高电压从主牵引电池转换到12V标称系统的稳压低压母线,同时保持两者之间的电气隔离。需要稳压来限制充电电流到12V辅助电池电压,同时提供电池充电状态的温度补偿维护。隔离是必需的,因为12V系统和车辆底盘可能被乘客接触,它们必须与高电压牵引电池系统带来的电击危险保持隔离。

对于乘用车来说,大小为1.8kW,或在13.8V的APM并不少见。对于更多的基本车辆平台,如短距离通勤车或电动摩托车,APM功率很低。

针对APM应用的DCM优化

DCM290P138T600A40是针对APM应用优化的DCM的一个例子。其输出微调范围被缩小到需要维持一个标准铅酸电池所需的地步,实现了在48×23×7.5 mm ChiP封装中600W的密度优化。

APM是利用Vicor的DCM技术实现的,拥有多种优势。DCM的优异功率密度意味着适应同一个APM解决方案需要更少的内部空间。在PCBA、机械支撑系统的AOM内需要较小的体积,而更大的体积可以实现更高的性能,或更低成本的热机械解决方案和连接器。

DCM恒流工作模式意味着它在12V系统暴露在峰值负载条件时不会关闭。相反,APM会顺畅地进入恒流工作模式,允许12V标准电池稳定母线电压。这不算是故障状态,而DCM将允许无限期的限流操作,同时提供足够的冷却。

另一个好处在于,DCM模块的功率水平为HEV/BEV DC-DC转换器应用创造了一个大小适中的粒度。现有电气设计的两个DCM可以很简单地扩展到2倍或4倍功率水平,而只需加上更多的系统模块。没有要重新补偿(recompensate)的外部循环,没有要返工的共享方程,也没有要调整的外部分流。同样的APM技术可以跨多个车型平台重复使用,同时保持最佳的尺寸、重量和功率。

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