48V&高壓大電池和12V小電池的集成


48V&高壓大電池和12V小電池的集成

引 言

在Model Y的設計暢想中,有一個就是取消12V小電池,或者把12V小電池在整車裡面進行集成。這個集成化的驅動力,主要是儘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集中化的負載需求導致冗餘備份,可能需要把48V和高壓電池都考慮進來才能符合要求,本文重點探討一下這個需求。備註:由於目前純電動汽車的電池系統裡面為了裝更多的電量,自己空間都不夠,所以在短期內都是物盡其用,等到體積能量密度突破一定瓶頸,把BEV的大電池包裡面放個12V電池進去,只是個時間問題。PHEV的情況和BEV也是相似的,電池大到侵佔了儲物空間,所以短期內訴求不明顯。

01 在HEV裡面的集成化

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。這些車由於不需要低壓小電池來啟動發動機,所以容量越做越小,某種意義上主要是作為整個系統的備份電源,而且都是有一個DC-DC把48V或者高壓電池進行能量轉換的,所以在這類電池裡面,是最有希望和訴求把兩個電池進行集成的。這裡用鋰電的最大優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汽車中對於12V系統的負載需求,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

情況下的關鍵負載,來整理12V電池和12V配電系統的使用限制(這裡往往是以電氣系統模型來設計的),當然最大的增量就是EE架構Zone化以後,娛樂系統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的功率需求和執行系統(EPS和剎車)需要的功率。

實際上,我們之前已經在現代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小電池採用了更輕,更小鋰電池以降低油耗,距離比較近,還可以降低DCDC和12V電池系統的電纜阻抗,所以整個佈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裡面)


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圖1 現代的HEV鋰電化的改造


備註:在這個設計裡面,現代用了一個復位按鍵,在12V電池完全放電的情況下,可以讓HV電池給小電池無腦充電,實際上這裡能做的策略很多,採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於無法啟動

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圖2現代的電池框圖

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

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圖3 常規車型的12V需求

02 自動駕駛帶來的12V負載需求

如下圖所示,目前在面向自動駕駛開發的車輛,一般都至少在HEV上做的,其實核心的理由就是12V的發電機的功率有一定的限制,而為了保證車輛在運行中轉向和制動的(至少這些是必須要準備好的),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

如果有後續更大的需求,我們是否可以把這兩個12V 電池合併成一個,然後分兩個獨立的DCDC配合一個12V電源,再配合一個冗餘的配電架構來實現整個系統的管理呢?


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圖5 採用12V電池並把系統集成化

結:我開一個頭,主要是就目前BEV裡面做域控和做自動駕駛有優勢的問題,實際上隨著電源系統的改造,在48V/HEV和PHEV裡面,整體的架構都是可以複製的。無非是需要把大的電池那個用來做一個冗餘的能量單元,在HEV電池充電、發動機發電策略等方面都進行調整。


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