車載供電設(shè)備是汽車電氣設(shè)備正常工作運(yùn)行的前提
當(dāng)今工業(yè)信息發(fā)展迅速,工業(yè)化產(chǎn)品逐漸成為人類生活中的必需品,代步工具汽車就是其中之一。然而汽車在使用過程中會造成有害尾氣的產(chǎn)生,對環(huán)境造成污染,而且隨著家庭汽車使用率的不斷上升,人類的身體健康也會受到越來越大的威脅。此外,當(dāng)今世界面臨著能源緊缺這項更大的挑戰(zhàn),特別是石油煤炭等能源價格一直上升,形勢十分嚴(yán)峻。為解決這一問題,我國需要最大限度地開發(fā)風(fēng)能、太陽能等清潔能源,利用其替代不可再生能源,同時采取了各種強(qiáng)有力措施,其中加快發(fā)展零油耗或少油耗的新能源汽車就是有效政策之一。
車載供電設(shè)備是汽車電氣設(shè)備正常工作運(yùn)行的前提,傳統(tǒng)汽車供電設(shè)備主要是蓄電池和由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)。而純電動汽車不再搭載內(nèi)燃機(jī),取而代之的是搭載可充電的動力電池為整車提供高壓直流電,作為維系車輛正常工作運(yùn)行的能量源。然而由于純電動汽車上大量的電子元件和控制系統(tǒng)都在使用12V電源,所以必須有一種裝置能夠?qū)Φ蛪盒铍姵剡M(jìn)行充電,以保證充足的電量供車輛使用,這種裝置就是DC/DC轉(zhuǎn)換器,又稱直流電源轉(zhuǎn)換模塊。純電動汽車通過使用DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠?qū)恿﹄姵?00多伏的直流電壓轉(zhuǎn)換為14V的直流恒壓電源,供車輛使用。其具備效率高、體積小、耐受惡劣工作環(huán)境等特點。
由于電動汽車的動力電池是以鋰電池為能源,輸出為直流電,而且汽車上搭載的各種電氣設(shè)備都是以直流電驅(qū)動,所以電動汽車上的車載電源實際上就是一種DC-DC變換器。在電動汽車供電系統(tǒng)中,動力電池的輸出電壓一般在200 Vdc-400 Vdc左右,低壓電池的輸出通常為12 V或24 V直流電,車上的一些用電設(shè)備大多都是12 V供電。給12 V電池充電,所需的電壓一般在13.5 V到14.5 V之間,所以車載DC-DC電源的輸入一般為200 Vdc-400 Vdc左右,輸出在13.5 V到14.5 V之間。
近期,MPS、英諾賽科等知名半導(dǎo)體公司發(fā)布了氮化鎵“PFC+LLC”設(shè)計方案。高性能的方案設(shè)計為消費(fèi)類電源產(chǎn)品提供簡單可靠,高效率高功率密度的數(shù)字化解決方案,同時也標(biāo)志著氮化鎵快充正式步入數(shù)字時代。在消費(fèi)類產(chǎn)品中,電源要求高效率、小體積、低待機(jī)功耗。傳統(tǒng)拓?fù)浜茈y跟上消費(fèi)者對快充小體積的需求,氮化鎵“PFC+LLC”二合一高集成方案解決了傳統(tǒng)數(shù)字電源外圍元件復(fù)雜、成本高的問題,充分體現(xiàn)出新一代數(shù)字電源芯片的優(yōu)勢。
車載DC-DC電源將動力電池與低壓蓄電池連接起來,作為電動汽車上的一種關(guān)鍵的能量轉(zhuǎn)換器件,必須具有高可靠性[12]。其次車載電源還需具備高轉(zhuǎn)換效率,因為車載電源的效率關(guān)系著電動汽車的持續(xù)運(yùn)行問題,不然需要頻繁充電,會給用戶帶來非常不好的體驗。最重要的一點是車載電源的抗干擾能力要強(qiáng),具備高安全性,因為電動汽車運(yùn)行期間會出現(xiàn)隨時剎車的情況,這關(guān)系著人們的生命安全。綜合上述,研制一款高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性的車載DC-DC電源對于電動汽車來說意義深遠(yuǎn)。
當(dāng)純電動汽車整車ON檔上電或充電喚醒上電,動力電池首先開始高壓系統(tǒng)預(yù)充電流程,被喚醒的VCU整車控制器發(fā)送給DC/DC轉(zhuǎn)換器使能信號,接到使能信號后,DC/DC轉(zhuǎn)換器開始啟動工作,把動力電池高壓直流電進(jìn)行變壓后為低壓蓄電池充電,并作為電源為車上大量電子元件和控制系統(tǒng)供電。近幾年,隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,對DC/DC轉(zhuǎn)換器的需求越來越大,極大地帶動了相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的快速發(fā)展。電源是制約電動汽車發(fā)展的因素。作為電動汽車的電源應(yīng)該具有高比能和高比功率等性能,以滿足汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求。另外,還應(yīng)具有與汽車使用壽命相當(dāng)?shù)难h(huán)壽命、效率高、成本低和免維護(hù)等特點。