48V輕混電動(dòng)汽車(chē)面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，48V/12V轉(zhuǎn)換器需要靈活滿足未來(lái)需求。功率等級(jí)至少達(dá)到1.2kW到3.5kW之間，視車(chē)型選擇不同。除了功率范圍外，首要任務(wù)是以可擴(kuò)展概念優(yōu)化成本，因?yàn)槌鍪鄣拿靠钴?chē)型配置并不相同。

1調(diào)節(jié)汽車(chē)電氣系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器

近年來(lái)，主動(dòng)安全、節(jié)能減排等領(lǐng)域大量應(yīng)用已集成到新車(chē)型中。這些應(yīng)用包括起/停系統(tǒng)(微混)、電動(dòng)水泵、空調(diào)壓縮機(jī)、渦輪增壓器、助力轉(zhuǎn)向、翻滾抑制系統(tǒng)、駐車(chē)制動(dòng)器、自動(dòng)變速器和無(wú)真空助力制動(dòng)器。此外還有ADAS(特種、激光特種、帶超快處理器的攝像頭)和選擇性催化還原系統(tǒng)(柴油機(jī)尾氣處理液等)。因此，調(diào)節(jié)汽車(chē)電氣系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器功率需要達(dá)到1kW，48V/12V雙向電壓轉(zhuǎn)換器功率高達(dá)3.5kW。

開(kāi)發(fā)人員面臨的問(wèn)題是：如何搭建48V/12V轉(zhuǎn)換器，是否有必要始終為所有車(chē)型提供3.5kW最大功率?也就是說(shuō)，需要1.2kW到3.5kW功率，取決于車(chē)型的選擇配備。在已有48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上，汽車(chē)制造商推出越來(lái)越多配備48V皮帶驅(qū)動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)的柴油汽車(chē)。

242V電氣系統(tǒng)

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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2000年，首次嘗試使用42V汽車(chē)電氣系統(tǒng)因多種原因失敗。因此，從2003年開(kāi)始，用12V微混電動(dòng)汽車(chē)取而代之。這種臨時(shí)解決方案(起-停系統(tǒng)方案)可優(yōu)化能耗大約5%。這項(xiàng)技術(shù)目前已用于60%以上的車(chē)輛中。12V汽車(chē)電氣系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)最大波動(dòng)范圍為3V(11V~14V)。這樣可防止其他電氣設(shè)備受負(fù)載波動(dòng)的影響，并避免車(chē)輛電氣系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

圖1：DC/DC轉(zhuǎn)換器3.5kW，帶6相和IHDM電感器（copyVishay）

如果電壓降至11V最低調(diào)節(jié)范圍以下，系統(tǒng)功率會(huì)根據(jù)情況下降。低于9V的情況下，其他控制單元將根據(jù)功能和能量要求減速或關(guān)閉。電壓降至6V以下會(huì)造成車(chē)輛電氣系統(tǒng)完全失效。因此，所有微混電動(dòng)汽車(chē)需要DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器(圖1)的功率范圍為400W至1.5kW，以確保起/停功能正常運(yùn)行，同時(shí)不會(huì)對(duì)車(chē)輛中的其他設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。

3調(diào)節(jié)汽車(chē)電氣系統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器

DC/DC轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓12V微混電動(dòng)汽車(chē)的電氣系統(tǒng)，以防重新起動(dòng)時(shí)電氣系統(tǒng)電壓下降。信息娛樂(lè)系統(tǒng)、音頻和照明系統(tǒng)連續(xù)不間斷工作。帶分流檢測(cè)電阻器的智能電池傳感器可以連續(xù)測(cè)量電池功率和耗電量。12V系統(tǒng)能耗有限。即使采用最大功率發(fā)電機(jī)，也無(wú)需為額外的動(dòng)態(tài)大電流系統(tǒng)供電。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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因此，提高電氣系統(tǒng)的工作電壓，從而可以開(kāi)發(fā)新的交流發(fā)電機(jī)。這為汽車(chē)制造商集成其他大功率電氣設(shè)備，進(jìn)一步提高整車(chē)效率提供了極大的靈活性和可能性。這些汽車(chē)通常稱為輕混電動(dòng)汽車(chē)(MHEV)。

4免調(diào)節(jié)48V電氣系統(tǒng)

與12V汽車(chē)電氣系統(tǒng)相比，48V系統(tǒng)工作電壓范圍為16V(52V~36V)，并且不會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所有48V控制單元必須在16V電壓擺幅內(nèi)可靠運(yùn)行。許多設(shè)置和應(yīng)用測(cè)試表明，48V系統(tǒng)中，大于48V的動(dòng)態(tài)電壓上限最長(zhǎng)持續(xù)3秒，而動(dòng)態(tài)電壓下限持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100秒。雖然48VMHEV不需要電隔離，但由于必要的防觸電保護(hù)，因此任何情況下，最大電壓極限不得超過(guò)60V。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為VDA320。根據(jù)VDA320開(kāi)發(fā)的部件可在定義的電壓范圍內(nèi)可靠運(yùn)行。

專為48V系統(tǒng)(60VDC的低壓系統(tǒng))設(shè)計(jì)的起動(dòng)發(fā)電機(jī)，峰值功率從15kW到20kW，持續(xù)功率從5kW到10kW。這種48V功能系統(tǒng)可以逐步直接適用于所有大電流應(yīng)用，如空調(diào)壓縮機(jī)、風(fēng)擋除霜器、電動(dòng)壓縮機(jī)(渦輪增壓器)和48VPTC預(yù)熱器。但是，由于成本的原因，車(chē)輛中許多低于600W的12V應(yīng)用還不能轉(zhuǎn)換為48V。

5雙向電壓轉(zhuǎn)換器

MHEV需要48V和12V電池(圖2)。因此，未來(lái)5至10年，48V輕混電動(dòng)汽車(chē)需要安裝雙向48V/12V電壓轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器將取代12V交流發(fā)電機(jī)。所需功率超過(guò)600W的電氣系統(tǒng)將逐步轉(zhuǎn)換為48V子系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向等動(dòng)態(tài)系統(tǒng)以及起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使用12V電池作為緩沖器。

啟-停系統(tǒng)仍是減少二氧化碳排放的解決辦法?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)需要第二電壓。48V電動(dòng)汽車(chē)(MHEV)二氧化碳排放減少16%，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率可提高23%。出現(xiàn)的一大問(wèn)題是，如何搭建48V/12V轉(zhuǎn)換器，是否有必要始終為所有車(chē)型提供3.5kW最大功率?也就是說(shuō)，需要1.2kW到3.5kW哪個(gè)功率等級(jí)，取決于車(chē)輛選型配置。

6降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

這種類型的轉(zhuǎn)換器要求非常高。從48V輸入(端子40)開(kāi)始，電壓從24V到最大54V不等，輸出端(端子30)也面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，工作電壓范圍6V到16V。非常高的輸入電流(升壓)和輸出電流(降壓)幾乎一樣高，因此不難確定。降壓-升壓電流增加與兩種汽車(chē)電氣系統(tǒng)的低電壓成反比。在3.5kW降壓-升壓轉(zhuǎn)換中，電流會(huì)短暫地變得非常高，尤其假設(shè)在最低輸入電壓時(shí)。

除了實(shí)現(xiàn)高效率面臨的挑戰(zhàn)(96%)之外，擴(kuò)展性和成本優(yōu)化也增加了困難。預(yù)計(jì)未來(lái)許多車(chē)輛主要是柴油車(chē)將轉(zhuǎn)換為48V輕混系統(tǒng)，因此應(yīng)以可擴(kuò)展的電壓轉(zhuǎn)換器策略為目標(biāo)。有必要針對(duì)這些功率值，拓展到80V和100V新型半導(dǎo)體器件，以及用于存儲(chǔ)和濾波應(yīng)用的大電流電感器。

圖2：48VMHEV的簡(jiǎn)化圖（copyVishay）

Vishay產(chǎn)品幾乎涵蓋每一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3、4、6或8相同步整流直流轉(zhuǎn)換器)、IHDM系列大電流電感器(圖3)和IHLP系列對(duì)稱耦合和不對(duì)稱耦合電感器。產(chǎn)品組合還包括對(duì)效率影響很大的半導(dǎo)體器件，如功率MOSFET、最大功率高達(dá)15W的高精度檢流電阻器、瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管。除了IHDM系列大電流鐵粉芯線圈濾波器之外，新型IHSR貼片電感器是輸出端子40(48V)輸出濾波器眾多選擇中的關(guān)鍵器件。

圖3：定制降壓-升壓IHDM存儲(chǔ)線圈（copyVishay）

為實(shí)現(xiàn)3.2kW功率，端子40電流必須達(dá)到大約74A；對(duì)于12V電源(端子30)，轉(zhuǎn)換器在12V電壓條件下電流為292A(圖4)。端子30電流約為300A，選擇多路轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兙哂凶罴研?成本/體積比。

DC/DC轉(zhuǎn)換器3.5kW圖像

圖4：DC/DC轉(zhuǎn)換器，6相，1.5kW，使用IHLP6767GZ標(biāo)準(zhǔn)電感器（copyVishay）

7總結(jié)

為提供12V電壓各種功率級(jí)別(1kW~3.5kW)性價(jià)比極高的系統(tǒng)，數(shù)字穩(wěn)壓器是模擬調(diào)節(jié)雙向電壓轉(zhuǎn)換器的首選。理由如下：

1靈活

局部可變功率設(shè)置

軟啟動(dòng)或數(shù)字電流調(diào)節(jié)

故障識(shí)別(通過(guò)總線系統(tǒng)通信)和可變相移

可擴(kuò)頻降低電磁干擾(EMI)

2效率

部件負(fù)載范圍內(nèi)單個(gè)相位關(guān)閉

利用變頻選擇優(yōu)化效率；理論上：自動(dòng)效率優(yōu)化，如最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方

單相效率分析優(yōu)化部件負(fù)載策略

3溫度

部件負(fù)載范圍內(nèi)單相循環(huán)滿負(fù)荷使用

溫度監(jiān)測(cè)

按需風(fēng)扇控制

各相位負(fù)載依溫度分布

在電壓高達(dá)60V(端子40)，最大峰值電壓達(dá)70V的條件下，為了在這功率等級(jí)下可靠運(yùn)行，48V系統(tǒng)必須采用耐壓至少80V的MOSFET。

最后，最大的挑戰(zhàn)是以可擴(kuò)展概念優(yōu)化雙電氣系統(tǒng)的成本，因?yàn)槌鍪鄣拿靠钴?chē)型以及配置并不相同。48V輕混電動(dòng)汽車(chē)前景預(yù)測(cè)極為可觀，到2025年，這一配置可能會(huì)占到所有車(chē)輛的25%。