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2014年7月20星期日
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德尔福电子电气节能技术再受瞩目

48V系统在弱混合动力车辆及大功率负载的应用

6月25日,在沈阳举办的2014中国电动交通技术论坛上,德尔福派克电子/电气系统事业部全球产品创新总监Do Sohn在演讲中指出,在未来的一段时间内,48V技术或将成为主流,发展成一个重要的市场趋势。

严格的二氧化碳排放标准催生48V应用兴起

2013年6月,欧盟批准了2020年二氧化碳排放标准,该标准要求到2020年,新车平均二氧化碳排放水平控制在95克/公里。根据欧洲环境署提供的数据,2012年欧洲新车平均二氧化碳排放水平为132.2克/公里,2020年则将削减28.1%。欧洲汽车制造厂商如果将来不能满足有关二氧化碳排放量限制的要求,将面临每车每超每克最高95欧元的罚款。除了欧洲,二氧化碳排放在美国、中国和日本都已经有了明确的排放标准。

另外,更先进的车载信息娱乐系统和其他消费电子设备对

更大功率的需求、整车厂商降低成本、乘客和行人更高的安全

性需求等因素,都将促使48V系统的兴起,或将引起汽车电子

电气系统架构技术的重大变革。

48V系统可支持更大的功率需求

2011年,德国的几个整车厂商联手推出了48V的概念,并制订了LV148标准。48V经过DC/DC转接器给12V供电,可改进原有的12V起停系统,并且48V在负载上可以进行扩展,可以为长期的演进做准备。

48V系统主要用于微混和弱混合动力汽车,可满足对大功率电器负载的需求。48V的电子电气基本架构(见上图):在12V一侧,安装的是传统的铅酸电池,这一侧可以布置传统的用电器,比如车灯、各种控制器和冷启动电机等。48V的一侧,安装48V的锂电池和启停电机,可以支持更多的扩展功能,比如主动悬挂、电动转向、电动空调、电子冷却风扇、风窗加热、PTC加热器等。随着越来越多的大功率用电器由皮带驱动转变为电驱动,48V一侧的大功率用电器将不断增加。每一项扩展功能可增加0.5到5千瓦的功率需求。另外,电力辅助驱动也需要5到12千瓦的额外功率需求,48V可以有效改善常规电网的负荷。

48V系统可为线束减重70%

如今,车身轻量化是业界趋势,48V系统的采用会对线束轻量化做出重大贡献。在相同的功率下,电压越大,电流越小,导线线径越细。如果用传统12V承载大功率电器,线束的线径会非常粗,不方便安装。但采用48V系统,导线线径将大幅减小,跟12V相比,线束可减重70%。Do Sohn给观众举了个例子:“比如电动空调里的线束,用12V系统导线每米重1100克,而用48V系统每米重量只有300克,导线每米可减重800克,这对车身轻量化会是非常大的贡献。”

48V系统挑战——电弧损坏、电化学腐蚀和回路保护

由于存在电弧放电和电磁干扰等问题,48V架构离成功还有很大的距离,48V对电子电气架构带来许多的影响和挑战。

电弧损坏。在通电状态下,端子热插拔会产生电弧。12V系统下,热插拔产生的电弧比较小,甚至可以忽略不计。但同样电流时,48V系统下进行热插拔就会损坏端子,且电弧能量越大,损伤越大。这种损坏会导致端子局部升温过高,成为隐患点。针对热插拔,在强混和电动车的高压系统上已经有了很成熟的解决方案,比如手动维修开关、高压互锁回路等。但这些方案成本比较高,所以德尔福把重点放在端子和接插件本身,比如在端子和连接器设计时就需要想办法去提高端子拔出的分离速度,避免电弧出现,或者是电弧出现后,最大限度防止端子的损坏。

电化学腐蚀。48V系统的电化学腐蚀速度比常规12V系统快,而且在通电情况下,受到高电压影响,非密封连接器将面临更加严重的电化学腐蚀,所以48V系统必须使用密封的连接器。作为一个整车架构的设计者,德尔福针对不同的整车部位定义了不同的密封要求,可以有效解决端子电化学腐蚀的问题。

回路保护。常规12V系统的保险丝的设计准则是按照导线的电流承载量来计算的,但是目前的设计准则里没有考虑电压,当选择48V电压之后,在同样的情况下产生的热量是有变化的,所以需要全新的设计准则来指导48V系统的回路保护。目前,德尔福在和供应商进行密切合作,开发新的保险丝产品。

德尔福独有的电弧检测技术

现在市面上还没有电弧检测产品,德尔福美国研发实验室已经针对48V系统开发了电弧检测模型,可进行频率分析、输入输出比较、屏蔽检测和温度检测等。比如下图的串联电弧检测,可检测输入端电压和输出端电压,计算电压差,如果电压差大于阈值,回路上即是有电弧存在。

德尔福12V/48V电子电气系统架构设计

作为全球领先的电子电气系统架构设计商,德尔福针对48V系统在产品研发和架构设计上已经有了一系列创新解决方案,并且正持续跟大学研究机构、整车厂商和部件供应商合作研究更具合理成本的系统解决方案。

电气分配。除了传统配备的电池包和配电盒,德尔福派克针对48V开发了新式智能电气盒,未来可实现电弧检测、回路保护和智能控制等。

双向DC/DC转换器。德尔福有成熟的12V、48V双向DC/DC转换解决方案,在冷却系统和安装上可以根据客户要求进行定制,并实现能量管理。

导线及连接器选型。德尔福在导线选择上有自己倡导的行业技术设计规范。比如导线材料选择上建议使用铜、分开布线、卡扣固定、有明确的线束颜色标识等;连接器建议使用有密封功能和电弧检测能力的连接器。

德尔福接插件系统产品系列。针对48V系统,德尔福研发了一系列可以使用的接插件产品,比如高压接插件系统产品,可沿用到48V系统;比如德尔福标准接插件系统产品,每个孔位单独密封,密封效果良好。还有MOST接插件系统产品,可满足大容量用电需求。

48V应用是可行的技术解决方案

48V未来的市场空间巨大。来自I.H.S对全球电气化汽车的销量预测数据显示,包括微混汽车在内的电气化车辆今年在全球的产量预计可达到2000万辆。今后几年,它将以20%以上的年均增长率快速增长,7年之内增长3倍,达到6000万辆。一段时间内,微混汽车和弱混汽车的产量将长期处于主导地位,2021年的比重仍然高达90%。

虽然存在如此巨大的市场空间,但在通往48V的道路上还有很多的风险和挑战,还有很多技术细节需要去了解、去攻克。Do Sohn对48V技术的发展充满了信心:“就技术的整体状况而言,48V架构的优势相当明显,填补了启停技术与‘轻度混合动力车’之间的空白。从技术和市场来说,48V是可行的技术解决方案。德尔福在中国有3个世界级的研发中心、超过2900名技术工程师,中国团队主导研发的产品至今已累计获得超过200项专利。所以我们有信心在技术探索革新的道路上可以起到领头羊的作用,跟包括整车厂以及广大的汽车零部件厂商在内的业界同行一起合作,共同努力。”

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