多年來，汽車制造商一直面臨著對更多動力的需求的挑戰(zhàn)。在早期，汽車一直由六伏電池供電，直到 1950 年代中期，汽車系統(tǒng)發(fā)展到 12V 電源以滿足對更多電力的永久需求。汽車制造商不僅必須預(yù)測車窗、轉(zhuǎn)向和座椅的新動力傳輸需求，而且對更多動力的需求對于新的高壓縮發(fā)動機(jī)至關(guān)重要。

最近，二氧化碳排放合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)促使原始設(shè)備制造商重新考慮如何再次為汽車提供動力。雖然原始設(shè)備制造商正在引入電動汽車以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，但尚未出現(xiàn)一種統(tǒng)一的方法來提供電力，不僅向電機(jī)提供電力，而且向車輛中的所有子系統(tǒng)提供電力。

電力需求的大幅增加加劇了這種缺乏清晰度的情況。配備內(nèi)燃機(jī)的汽車通常以600W至3kW的電力水平運(yùn)行。新型電動化 EV、HEV、PHEV 車輛 （xEV） 需要 3kW 至 60kW 以上的功率水平，是功率的 5 至 20 倍以上。

這 5 到 20 倍的增長在增加的尺寸、重量和供電網(wǎng)絡(luò) （PDN） 的復(fù)雜性方面給車輛帶來了巨大的壓力。這些要求會對能源效率、可靠性甚至舒適性和安全性產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)樵黾拥某叽绾椭亓啃枰谲囕v功能上進(jìn)行權(quán)衡。如果汽車制造商繼續(xù)采用傳統(tǒng)的電力輸送方法，根本沒有足夠的空間來滿足所有的電氣要求。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，他們需要找到一種解決方案，該解決方案不僅要輕巧緊湊，以減輕功率的大幅增加，而且還要靈活，可以在整個車隊(duì)中重復(fù)使用。

除了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)外，原始設(shè)備制造商還加大了壓力，并承諾在未來十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)其車隊(duì)的全面電氣化，盡管如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的具體細(xì)節(jié)仍然是一個懸而未決的問題。在整個電動汽車市場實(shí)現(xiàn)電氣化標(biāo)準(zhǔn)化沒有明確的途徑。因此，雖然 OEM 可能都到達(dá)同一個地方，但他們設(shè)計(jì)的 PDN 會有所不同。

推動電氣化勢頭

多年來，電動汽車產(chǎn)量不到全球汽車總產(chǎn)量的1%。根據(jù)瑞士信貸全球汽車研究團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)，這一比例將從2020年的11%飆升至2030年的62%，全球汽車銷量將達(dá)到6300萬輛。其中，近一半（預(yù)計(jì)有2900萬輛）將是全電動的。

是什么推動了電動汽車的爆炸性增長？雖然排放合規(guī)和政府激勵措施開始了這一趨勢，但隨著原始設(shè)備制造商將電動汽車從利基市場轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁鳎M(fèi)者的需求正在形成巨大的需求。這些原始設(shè)備制造商現(xiàn)在正在做出大膽的承諾。

原始設(shè)備制造商現(xiàn)在正在為一些最受歡迎和最受歡迎的車輛提供電氣化。通用悍馬，新福特Mach E（電動野馬）和現(xiàn)在的旗艦F150輕型卡車（閃電）正在電氣化。這些型號因其令人印象深刻的性能增強(qiáng)和時(shí)尚的設(shè)計(jì)而受到大眾的關(guān)注。

這些新車具有改進(jìn)的快速充電技術(shù)和更低的維護(hù)和維修成本，是推動消費(fèi)者需求和增加電動汽車采用的催化劑。消費(fèi)者看到了價(jià)值，因此勢頭正在增長。

高風(fēng)險(xiǎn)、高性能的電氣化挑戰(zhàn)

車輛平臺的數(shù)量、消費(fèi)者選擇、不同的動力總成架構(gòu)以及電池和充電配置的選擇都增加了電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在致力于汽車車隊(duì)電氣化時(shí)必須解決的復(fù)雜性。

為了優(yōu)化車輛電氣化，原始設(shè)備制造商需要提高功率水平，減小供電網(wǎng)絡(luò)的尺寸和重量，并提供更好的熱管理和可重用性。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式必須從復(fù)雜的基于分立式的定制設(shè)計(jì)過渡到更小、更靈活、更易于使用、更高密度的模塊化解決方案。

加速電動化

為了實(shí)現(xiàn)其積極的電氣化目標(biāo)，原始設(shè)備制造商將需要重新考慮其供電架構(gòu)方法。除了找到高效的解決方案外，為了加速和優(yōu)化電氣化，還需要滿足三大要求。

功率密度：無論是設(shè)計(jì)快速跑車、輕型卡車還是家用車，OEM 都需要在有限的空間內(nèi)提供盡可能多的動力。車輛需要緊湊高效的動力解決方案。

靈活性/可擴(kuò)展性：車隊(duì)有許多車輛使用同一平臺，因此在共享同一平臺的轎車、小型貨車、SUV 等之間修改功率時(shí)，輕松進(jìn)行功率縮放至關(guān)重要。

可 重用：為了實(shí)現(xiàn)全面的車隊(duì)電氣化，OEM 需要能夠在不同車型中重復(fù)使用電源設(shè)計(jì)，以加快上市時(shí)間。

功率密度

各種xEV平臺中使用的電力電子設(shè)備的尺寸和重量直接影響車輛性能、能源效率和電池續(xù)航里程。原始設(shè)備制造商正在積極減小其電力電子設(shè)備的尺寸和重量，以努力走得更遠(yuǎn)，更快，研發(fā)團(tuán)隊(duì)被激勵減輕車輛重量。

Vicor （BCM6135） 的小型、效率僅為 98% 的總線轉(zhuǎn)換器模塊，可輕松與 EMI 濾波、簡化的冷卻結(jié)構(gòu)和外殼捆綁在一起，以取代 25kg 48V 電池。這釋放了相當(dāng)大的空間和重量，并且可以產(chǎn)生125 - 250歐元的研發(fā)減重獎勵。高密度電源模塊將主 400 – 800V 電池轉(zhuǎn)換為 48V，采用 61 x 35 x 7mm 小型封裝，能夠提供超過 2kW 的功率，功率密度為 》4.3kW/in.3。

靈活性/可擴(kuò)展性

OEM設(shè)計(jì)人員試圖盡可能標(biāo)準(zhǔn)化集成在車輛中的子系統(tǒng)，以節(jié)省時(shí)間，金錢和資源。但是，每種都因需要多種設(shè)計(jì)的車輛裝飾水平而略有不同。由于車輛電氣化的進(jìn)步，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨著不斷變化的電力輸送要求的挑戰(zhàn)。Vicor 提供的靈活且可擴(kuò)展的模塊化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法使設(shè)計(jì)人員能夠跨各種動力總成（如 SUV、小型貨車或輕型卡車）實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

例如，小型貨車的功率要求可能為 5kW，但為帶有燈條、牽引和犁包以及交流發(fā)電站的輕型卡車供電可能需要 10kW。使用相同的平臺和一點(diǎn)額外的空間，工程師可以快速向陣列添加或移除預(yù)認(rèn)證部件，以擴(kuò)大或縮小電源。

模塊化還通過從 48V 總線啟用分布式電源架構(gòu)提供了額外的靈活性。電源模塊可以放置在方便的位置，以進(jìn)行局部 48V/12V 轉(zhuǎn)換 - 在手套箱后面、后備箱附近或每個車輪旁邊。部署模塊化解決方案不僅可以提供設(shè)計(jì)靈活性，還可以更好地簡化電源更改和制造流程。

可重用性

車輛開發(fā)中最常見的延遲之一是車輛中使用的電子元件的資格認(rèn)證和批準(zhǔn)。有時(shí)，該過程可能需要長達(dá)兩到三年的時(shí)間才能對單個組件進(jìn)行資格認(rèn)證和PPAP。研發(fā)團(tuán)隊(duì)尋找重用方法，以節(jié)省開發(fā)和認(rèn)證時(shí)間，節(jié)省寶貴的資源。

例如，基于分立式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的傳統(tǒng) PDN 可以由 200 多個笨重的組件組成，而 Vicor 先進(jìn)技術(shù)提供單個高密度電源模塊。當(dāng)一個模塊需要認(rèn)證時(shí)，工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以節(jié)省大量時(shí)間，而同一功能需要 200+ 個單獨(dú)的組件。

此外，Vicor 模塊化方法允許工程師僅使用 3 到 4 個各種類型的可擴(kuò)展構(gòu)建塊模塊，即可實(shí)現(xiàn)大約 300 種供電組合。這種設(shè)計(jì)方法節(jié)省了數(shù)百小時(shí)的時(shí)間和資源，使原始設(shè)備制造商在電氣化競賽中處于領(lǐng)先地位。

最后一圈

原始設(shè)備制造商面臨著艱巨的挑戰(zhàn)，不僅要跨越電氣化終點(diǎn)線，還要完成將帶來長期成果的xEV車隊(duì)。利用模塊化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法可以在這場關(guān)鍵的市場份額競爭中提供競爭優(yōu)勢。現(xiàn)在需要以新的架構(gòu)和拓?fù)湫问竭M(jìn)行創(chuàng)新，這些架構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在當(dāng)今提供最高的性能，并且還可以為將來重復(fù)使用和重新配置。

傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)無法滿足這種靈活性和易用性。對于原始設(shè)備制造商來說，實(shí)現(xiàn)其雄心勃勃的電氣化目標(biāo)的最佳方法是采用模塊化方法，在許多關(guān)鍵級別上提供最高性能，并使他們能夠滿足最復(fù)雜的xEV功率需求。

審核編輯：郭婷