您好,欢迎来到中国汽车电子电气架构发展论坛2020!

设计双路48V / 12V电池汽车系统

发布日期:2020-06-03

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-06-03 18:03:53

手机阅读

点击上方蓝色字体,关注我们


随着自动驾驶汽车的兴起,对双48V / 12V电池系统的需求是至关重要的一步。但是管理两个电池会引起新的设计问题,包括双向降压和电池之间的升压


汽车中48-V / 12-V电池系统的未来现在迫在眉睫。在过去的几年中,全球大多数主要的汽车制造商都在努力对其系统进行验证,而且很明显,它们的实施将相对近期。这是全自动驾驶乘用车漫长而艰巨的旅程中必不可少的关键步骤,无需人工控制,即可实现真正的自动驾驶。


不过,这并不意味着12 V电池就没了,在已安装的车辆基础上有太多的旧系统无法实现。这意味着自动驾驶汽车将同时具有12V电池和48V电池(图1)。


( 图1. 下一代汽车将由12V和48V电池供电。)


车辆的内部系统将使用48 V锂离子(Li-ion)电池或12 V密封铅酸(SLA)电池运行,但不能同时运行。除了由于它们各自的化学特性而为这些单个电池具有两个单独的充电电路之外,还必须有一种机制,使电荷能够在它们之间移动而不会对电池或车辆内的任何系统造成任何损坏。另一个好处是,如果其中两个电池中的一个在运行期间发生故障,则拥有两个电池还可以实现冗余。


尽管这无疑使车辆内各种电气子系统的设计复杂化,但仍有一些优点需要得到解决。一些汽车制造商认为,基于48 V的电气系统可使内燃机汽车的燃油经济性提高10%至15%,从而减少了CO2排放。


此外,未来使用双48-V / 12-V系统的车辆将使工程师能够集成独立于发动机负载运行的电子助力技术,从而提高加速性能。这种压缩机已经处于开发的高级阶段,将被放置在进气系统和中冷器之间,使用48 V导轨旋转涡轮增压器。


在全球范围内,燃油经济法规日益严格,而具有连通性的自动驾驶功能在新汽车中仍在不断普及。因此,12V汽车电气系统已达到其可用功率极限。似乎这些变化还不够,因此汽车电子系统已大大增加。这些变化以及相关的电力需求创造了一系列新的工程机会。显然,必须补充功率极限为3 kW的12 V铅酸电池汽车系统。


此外,新的汽车标准影响了这些系统的工作方式。**提出的汽车标准LV 148将次级48V总线与现有汽车12V系统结合在一起。48 V导轨包括一个集成的起动发电机(ISG)或皮带起动发电机,一个48 V锂离子电池以及一个双向DC-DC转换器,它们可以从48和12转换器提供数十千瓦的可用能量 -V电池。随着汽车制造商努力满足日益严格的CO2排放目标,这项技术面向常规的内燃机汽车以及混合动力和轻度混合动力汽车。


适用于48V / 12V电池系统的新电源架构


此新标准要求12 V总线为点火,照明,信息娱乐和音频系统持续供电。48 V总线将为主动底盘系统,空调压缩机,可调式悬架,电动增压器,涡轮增压器甚至再生制动提供动力。


在车辆中实施额外的48 V电源网络并非没有重大影响。电子控制单元(ECU)将受到影响,并且必须将其工作范围调整为更高的电压。此外,这将有必要使DC-DC转换器制造商引入专用IC,以使这些高功率能量传输具有很高的效率,以节省能量,同时****地减少热设计方面的问题。


显然,需要在12V和48V电池之间使用双向降压和升压DC-DC转换器。如果系统需要,此类转换器可用于为任意一个电池充电,同时允许两个电池向相同的负载供电。


从传统的角度来看,这些初始的48V / 12V双电池DC-DC转换器设计使用了不同的电源组件来升压和降压。为了满足双电池的需求,制造商推出了双向DC-DC控制器,该控制器使用与降压转换相同的外部电源组件来进行升压转换。


双向DC-DC控制器


例如,Analog Devices的LT8228是具有独立补偿网络的100V双向恒定电流或恒定电压同步降压或升压控制器,有助于简化双向电池备用系统的设计(图2)。在降压模式下,控制器从输入电压V1提供降压输出电压V2;在升压模式下,从输入电压V2提供升压输出电压V1。输入和输出电压可以设置为100V。


( 图2.此处所示的LT8228之类的双向dc-dc控制器简化了双向电池备份系统的设计。)


功率流的方向可以由控制器自动确定,也可以从外部进行控制。V1和V2端子的集成输入和输出保护MOSFET可以防止负电压,控制浪涌电流,并在诸如开关MOSFET短路之类的故障条件下提供端子之间的隔离。


在降压模式下,V1端子上的保护MOSFET可防止反向电流。在升压模式下,相同的MOSFET调节输出浪涌电流,并通过可调定时器断路器保护自身。在诸如备用电池系统之类的应用中,双向功能允许从较高或较低电压的电源为电池充电。当电源不可用时,电池会增加或降压回电源。


双电池控制器还提供双向输入和输出电流限制以及独立的电流监控。为了优化瞬态响应,LT8228具有两个误差放大器:升压模式下的EA1和降压模式下的EA2,分别具有独立的补偿引脚VC1和VC2。当在轻载运行等条件下检测到反向电感器电流时,控制器将以不连续导通模式工作。


降压和升压模式下的输入和输出限流编程使用四个引脚完成:ISET1P,ISET1N,ISET2P和ISET2N。控制器还使用IMON1和IMON2引脚提供独立的输入和输出电流监视。限流编程和监控功能适用于0至100 V的整个输入和输出电压范围。


无主控,容错电流共享允许在维持电流共享精度的同时,对任何并联控制器进行加法或减法。每个控制器均调节至平均输出电流,从而消除了对主控制器的需求,并提供了更高的负载电流,更好的热量管理和冗余。内部和外部故障诊断和报告可通过故障和报告引脚获得。当单个控制器被禁用或处于故障状态时,它将停止对平均总线做出贡献,从而使电流共享方案具有容错能力。


为了满足严格的汽车标准和效率要求,双电池控制器需要提供双向功能,以简化整体电源系统设计。通过允许将相同的外部电源组件用于降压和升压目的,使用48V / 12V双电池,dc-dc汽车系统可以实现更高水平的性能,控制和简便性。它们可实现从48 V总线到12 V总线的降压模式或从12 V到48 V的升压模式的按需操作。


当启动汽车或需要额外的电源时,这些控制器使两个电池能够同时向相同的负载供电。这为电源转换设计人员提供了功能丰富的双向转换器,可以轻松配置12V和48V电池系统,这在不久的将来将成为全自动驾驶汽车所必需的。


作者:托尼·阿姆斯特朗(Tony Armstrong)是Analog Devices的Power by Linear产品小组的产品营销总监。(APR 16, 2020 )





相关文章

混合动力/纯电动车 高压电气系统架构 .ppt
EMC设计整改 .ppt
先进建模和控制方法在电子控制器上的应用





SELECTED EVENTS







 

长按二维码识别关注


 

/长按二维码申请加入 EEA 技术交流群/ 


  • 电话咨询
  • 021-22306692
  • 15021948198
None