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48V&高壓大電池和12V小電池的集成

2020-03-31
來源:與非網(wǎng)

引言:在 Model Y 的設(shè)計暢想中,有一個就是取消 12V 小電池,,或者把 12V 小電池在整車?yán)锩孢M(jìn)行集成,。這個集成化的驅(qū)動力,,主要是盡可能把車輛的空間最大化的利用,,其次是隨著 L2 和 L2 以上的自動駕駛系統(tǒng)集中化的負(fù)載需求導(dǎo)致冗余備份,,可能需要把 48V 和高壓電池都考慮進(jìn)來才能符合要求,,本文重點探討一下這個需求,。備注:由于目前純電動汽車的電池系統(tǒng)里面為了裝更多的電量,自己空間都不夠,,所以在短期內(nèi)都是物盡其用,,等到體積能量密度突破一定瓶頸,把 BEV 的大電池包里面放個 12V 電池進(jìn)去,,只是個時間問題,。PHEV 的情況和 BEV 也是相似的,電池大到侵占了儲物空間,,所以短期內(nèi)訴求不明顯。


01 在 HEV 里面的集成化

                                

HEV 的車型是各個車企默默在做,,但是目前沒有花大力氣在說的事情,,如果把 48V 系統(tǒng)也看成一種低成本的 HEV 的話,整個市場是慢慢在升級的,。這些車由于不需要低壓小電池來啟動發(fā)動機(jī),,所以容量越做越小,某種意義上主要是作為整個系統(tǒng)的備份電源,,而且都是有一個 DC-DC 把 48V 或者高壓電池進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的,,所以在這類電池里面,是最有希望和訴求把兩個電池進(jìn)行集成的,。這里用鋰電的最大優(yōu)勢是尺寸小和重量輕,,最大的瓶頸是成本。 在這個方面,,最大的訴求是需要分析未來的 HEV 汽車中對于 12V 系統(tǒng)的負(fù)載需求,,包括額定電流、需求瞬時功率和工作條件,,特別是確定最壞的駕駛

 

情況下的關(guān)鍵負(fù)載,,來整理 12V 電池和 12V 配電系統(tǒng)的使用限制(這里往往是以電氣系統(tǒng)模型來設(shè)計的),當(dāng)然最大的增量就是 EE 架構(gòu) Zone 化以后,,娛樂系統(tǒng)的核心控制器和自動駕駛控制器兩塊帶來的電力需求,,自動駕駛控制器還要分別考慮感知系統(tǒng)的功率需求和執(zhí)行系統(tǒng)(EPS 和剎車)需要的功率,。

 

實際上,我們之前已經(jīng)在現(xiàn)代 Ioniq Hybrid 和 Kira Niro 的 HEV 平臺上,,看到了把兩個電池整合在一起的實際案例,。12V 小電池采用了更輕,更小鋰電池以降低油耗,,距離比較近,,還可以降低 DCDC 和 12V 電池系統(tǒng)的電纜阻抗,所以整個布置低壓電池必須靠近 HV 電池(12V 鋰離子電池與 HV 電池集成在一個電池框架里面) 


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圖 1 現(xiàn)代的 HEV 鋰電化的改造 

 

備注:在這個設(shè)計里面,,現(xiàn)代用了一個復(fù)位按鍵,,在 12V 電池完全放電的情況下,可以讓 HV 電池給小電池?zé)o腦充電,,實際上這里能做的策略很多,,采取定時檢測可能效果更好一些,保住 12V 小電池電可以讓車不至于無法啟動

 

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圖 2 現(xiàn)代的電池框圖 

 

如下圖所示,,主要是分析和分解不同的瞬時負(fù)載和持續(xù)負(fù)載,,需要為這個電氣系統(tǒng)的運行時間來選定比較合適的策略。


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圖 3 常規(guī)車型的 12V 需求 


02 自動駕駛帶來的 12V 負(fù)載需求

                                 

如下圖所示,,目前在面向自動駕駛開發(fā)的車輛,,一般都至少在 HEV 上做的,其實核心的理由就是 12V 的發(fā)電機(jī)的功率有一定的限制,,而為了保證車輛在運行中轉(zhuǎn)向和制動的(至少這些是必須要準(zhǔn)備好的),,包括整體的感知、決策過程中需要的 12V 的功率一般比較高,,所以即使在 HEV 系統(tǒng)中,,我們往往也需要給這套自動駕駛和 ADAS 配置一個獨立的電池和獨立的 DCDC 補電,以保證整體的運行,。 

 

 

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圖 4 從 HEV 改造的系統(tǒng) 

 

如果有后續(xù)更大的需求,,我們是否可以把這兩個 12V 電池合并成一個,然后分兩個獨立的 DCDC 配合一個 12V 電源,,再配合一個冗余的配電架構(gòu)來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理呢,? 

 

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圖 5 采用 12V 電池并把系統(tǒng)集成化 

 

結(jié):我開一個頭,主要是就目前 BEV 里面做域控和做自動駕駛有優(yōu)勢的問題,,實際上隨著電源系統(tǒng)的改造,,在 48V/HEV 和 PHEV 里面,整體的架構(gòu)都是可以復(fù)制的,。無非是需要把大的電池那個用來做一個冗余的能量單元,,在 HEV 電池充電、發(fā)動機(jī)發(fā)電策略等方面都進(jìn)行調(diào)整,。


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