緊湊型電源模塊推動汽車電氣化

Irina Huber與Vicor公司汽車全球營銷總監Gregory Green及Vicor汽車領域首席應用工程師Haris Muhedinovic一同討論高密度電源模塊解決方案，探索如何用它實現冗余和快速充電，加快電源系統設計。

汽車電氣化掀起了一場前所未有的研發浪潮，包括優化供電網絡、本地及全球充電基礎設施。由于這個問題的復雜性，有必要探索新的方法并開發創造性的解決方案。高密度電源模塊為設計、擴展和適應當今汽車電氣化的快速發展步伐帶來了巨大的靈活性。

1 雙向充電和智能充電有什么區別？

GREEN：雙向充電和智能充電是相輔相成的。從本質上講，雙向充電是指使用汽車電池為另一個負載供電；而智能充電是指系統智能，讓汽車能夠了解并管理它所供電的負載。

從充電器的角度看智能充電，家用充電器是一種可以在適當時隨時提供電能的設備。例如，如果屋頂的太陽能電池板連接到互聯網，就可以輕松預測下一個晴天可以轉換和使用的電能。智能充電器處理這些信息，然后等電能可用的最合理時間為汽車充電。

MUHEDINOVIC：博世正在建設一套完整的智能充電基礎設施。該基礎設施與發電廠通信，了解當前的電價、電網供電能力是否充足以及能源來源。因此，智能充電可以監測整個充電基礎設施——汽車、太陽能板、電網、通信和能源提供商。

GREEN：這已經成為現實。例如在英國，自2022年年中起，所有墻上充電器都需要兼容智能充電器，并需要聯網以提供反饋。特斯拉的大多數直流充電器已經做到了這一點。

2 雙向充電是如何使用的？

GREEN：雙向充電是指使用汽車電池為另一個負載供電。這包括車輛對電網（V2G）、車輛對家庭（V2H）、車輛對負載（V2L）或車輛對車輛（V2V）等多種形式。

有少數幾款汽車具有向其它負載供電的能力，例如日產Leaf和福特F150。它們可以提供 3.6kW 的交流電。

雙向充電功能需要監測，這是智能充電的用武之地，即監測并管理系統電能流動。智能充電可以利用雙向電能來實現并優化V2G、V2H、V2L或V2V。

Vicor正在做些什么來確保每輛電動汽車都能與高速公路上的直流快充站兼容，以消除續航焦慮，加速電動汽車的未來？

MUHEDINOVIC：我們認為主要挑戰是兼容性。今天的汽車使用兩種電壓，即400V或800V——電壓越高，充電速度越快。

問題是，大多數路邊充電樁都是400VDC。為了實現快速充電，OEM廠商需要采取措施，將 400V 提升到800V。一些一級供應商已推出相關解決方案，但十分笨重，重量約為15千克。這些解決方案占用的空間大，而且會縮短續航里程。

800V電池和400V充電器之間的不兼容問題可以通過“電池虛擬化”來解決。使用這種方法時，充電器會在車載充電器的一側“看到”一個 400V 的電池，即使另一側連接的是800V電池。Vicor的技術可以實現這一點。

在重量方面，Vicor的高密度大功率模塊，如正弦幅度轉換器（SAC），體積只有3.5升，可以實現電池虛擬化而不增加尺寸、重量和復雜性。重量優勢意味著更遠的續航里程。

3 如何應對不斷變化的供電需求，開發供電架構新方法？

GREEN：除了其它優勢，Vicor還提供功率和電壓的可擴展性。Vicor的緊湊型電源模塊可以并聯放置，以根據需要輕松增加功率。這意味著OEM只需要對一個部件進行特性分析和驗證，這是一個重大優勢，可以幫助 OEM推出與眾不同的系統并更快地推向市場。

MUHEDINOVIC：使用Vicor的電源模塊，不同汽車可以采用截然不同的供電網絡（PDN），而不需要設計專業知識或投入大量時間。使用的部件數量很少，因此OEM可以快速配置適合其xEV平臺的獨特 供電網絡（PDN）。配置簡便性、靈活性和可擴展性是Vicor電源模塊的主要特點。它們是設計當今快速變化的xEV的完美解決方案。

4 電源冗余對電動汽車的未來有多重要？

MUHEDINOVIC：隨著對自動駕駛汽車的需求不斷增加，對更可靠的電源架構的需求也不斷增加。因此，人們非常關注FIT（Failure In Time ）率。為了使單個部件達到ASILD等級或特殊功能自動駕駛所需的FIT率，OEM正在實施冗余，幫助他們達到低FIT率要求。為了實現這一點，他們通常實施冗余電源，確保始終至少有一套電源可用于為指定的負載供電。

有時，制造商只依賴電池和DC-DC轉換器，但是他們還可能提供兩條獨立的路徑，使用高壓電池為低壓電池供電，這是確保未來電動汽車安全冗余的一個重要因素。隨著純機械系統越來越多地被電氣化功能所取代，例如電控轉向和電控制動，非常重要的一點是必須確保這些系統能夠正常運行，即使高壓電池出現故障或暫時不可用。如果低壓電池丟失，DC-DC轉換器將為這些設備供電，如果 DC-DC 轉換器丟失，將有另一套電源為轉向和制動系統供電。

有很多方法可以實現這一目標。Vicor的優勢是，與競爭對手相比，Vicor的架構能以更小的體積和重量提供所需的冗余。例如，其它解決方案的體積可能達到五升，而Vicor只需不到兩升就可以提供全部功能。這進一步簡化了架構，而且占用的空間小得多。

GREEN：Vicor的技術利用正弦幅度轉換器（SAC），可以實現電池虛擬化，并有可能徹底消除汽車中的低壓電池，同時仍然提供電力冗余。這有助于優化供電網絡，確保高性能和高效的功率轉換。