12V 铅酸电池即将退出市场?

发布者:EE小广播最新更新时间:2021-12-24 来源: EEWORLD关键字:铅酸电池  电池  蓄电池  汽车  Vicor 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

没错,汽车12V 铅酸电池即将退出市场。欧洲已颁布法令,2030 年之后,所有新车均不再使用铅酸电池,这给 OEM 厂商寻找替代解决方案带来了极大的挑战。虽然这似乎是一项艰巨的任务,但它也可带来巨大的机遇,不仅可消除对环境有害的电池,同时还可减轻车辆重量并提高整体效率。


12V 电池及供电网络 (PDN) 是全球标准,支持数百种负载,包括一些与安全密切相关的负载,因此,解决方案既要有创新性,而且还必须坚固。用来连接高压、48V 和 12V PDN 的高密度、大功率、高效电源模块,可针对这一即将出现的挑战提供具有最高灵活性及可扩展性的解决方案。


在考虑潜在解决方案时,OEM 厂商必须考虑几个重要因素:增加功率来支持性能更好的新特性,提高效率以延长行驶里程并优化热管理,减少二氧化碳,优化电缆布线,减轻线束重量,以及满足 EMI 要求。这些都是这个复杂方程式中的一些变量。


为该方程式求解有两个主要选项。将 12V 铅酸电池替换为 12V 锂离子电池是一个选项。虽然它确实可略微减轻重量,但也会保留 12V PDN 几十年的传统,不会产生其它优势。另一个选项是支持电动汽车和混合动力汽车/插电式混合动力汽车中由 400V 或 800V 主电池供电的 12V PDN。后一种选项优势众多,但这两种选项都值得进一步探索。


采用 12V 锂离子电池


简单地将 12V 铅酸电池替换为 12V 锂离子电池,的确可节省约 55% 的重量,但对成本影响很高。12V 锂离子电池需要一个电池管理系统 (BMS)来控制充电并在汽车的整个生命周期内保持电池的全面工作。特斯拉和现代的发展方向就是这样的。


此外,还需要增加一款从高压到 12V 的大型 DC-DC 转换器(具有电压和电流调节特性),才能为 12V 锂离子电池充电并为电气负载供电。但这不会增加任何优势。它所增加的只是重量、车辆总体布置的复杂性和系统成本,而且还会降低车辆的整体可靠性。相比之下,消除 12V 电池,不仅可将汽车重量减少 13kg,还可将货舱空间增大 2.4%。


传统的 12V PDN 效率低


维护一款 12V 的物理电池,就意味着维护一个具有不必要冗余的低效率 PDN。在典型的汽车 12V PDN 中,所有连接 12V 母线的 12V 负载都有内部前置稳压器,可将宽输入电压范围(通常从 6V 到 16V)转换为 5V、3.3V 或更低电压。从全球系统角度来看,无论是电动汽车、混合动力汽车,还是插电式混合动力汽车,都有串联稳压器冗余。一款从高压到 12V 的 DC-DC 转换器可为 12V 母线(效率高)稳压,而前置稳压器则可为每个负载提供合适的内部电压(图 1)。


这种传统架构起源于汽车配备交流发电机的时代,交流发电机是一种敏感的 12V PDN,需要稳压才能为电池充电,在启动事件中保持无线电工作,或让车的白炽大灯保持适当亮度。OEM 厂商非常有创意地绕过了 12V 电源限制,近年来设计了两款 12V 电池,一款用于动力转向的 24V 电池以及其间的几款 DC-DC 转换器。


image.png

图 1:xEV 使用的典型 E/E,采用使用冗余稳压器的 12V 电池。高压至 12V 的 DC-DC 可为 12V 输出稳压,为 12V 电池充电。车辆中的每个 12V 负载都有一个前置稳压器,以提供负载工作所需的适当电压。图 1:这两个机器人平台的规模 大不相同,但它们的供电网络却有很多共同之处。模块化方法有助于高度灵活地完成初始设计,通常能加速交付后续电源系统设计。


用虚拟电池替代 12V 电池


解决该问题的更好方法是完全重新考虑汽车 PDN:取消 12V 的物理电池,用电动汽车主电池中的 12V “虚拟”电池替代(图 2)。每辆电动汽车都有一个主电池,因此搭载额外的储能设备无意义。理想的车辆架构是使用一款高压电池为动力系统及所有辅助负载供电。Vicor 高密度母线转换器模块技术可实现这一方案,它将低压电池(48 或 12V)直接从高压电池(400 或 800V)虚拟化出来。


image.png

图 2:优化的 E/E 架构可取消 12V 的物理电池。使用 Vicor BCM 母线转换器技术转化高压电池,可创建虚拟 12V 电池。


Vicor BCM® 母线转换器采用零电压、零电流开关(ZVS/ZCS)技术,其工作频率比常规转换器高,因此其响应速度比物理电池快。例如,BCM6135 与常规 ZVS/ZCS 谐振转换器不同,工作频率为 1.2MHz,该 BCM 在窄带频率下工作(图 3)。BCM 的高频率工作可针对负载电流的变化以及从输入到输出的低阻抗路径提供快速响应。固定比率转换、双向工作、快速瞬态响应(每秒超过  8MA)和低阻抗路径相结合,可帮助 BCM 使高压电池看起来像  48V 电池,我们将其称为“变压”。与常规转换器相比,这种对电源进行变压的功能既是重要优势,也是重要的差异化特性。


image.png


图 3:BCM6135 的快速负载瞬态响应是支持 12V 负载的关键。瞬态响应为每秒 800 万安培 (8MA/s)。黄色:输入电压 (800VDC),红色:输出电压 (48V),蓝色:输出电流。


image.png


图 4:BCM 母线转换器的功能框图。虽然 BCM 可进行 DC-DC 转换,但它还可使用变压器进行高效的 AC-AC 转换,不仅可按 K 因数缩放大小,而且还可使用开关模块在 AC 与 DC 之间进行转换。开关在高频率下完成,而且由于具有和变压器一样的能量传输特性,因此转换不仅能对瞬态负载变化做出快速响应,而且还可在输入和输出之间提供一个低阻抗路径。


Vicor BCM 可用作固定比率转换器,其中输出电压是输入电压的一个固定比值。Vicor BCM6135 转换器为隔离式,采用 61 x 35 x 7 毫米封装提供 2.5kW 的电源,峰值效率超过 97%。它可轻松并联在阵列中,提供更大功率。


该 BCM 的固定比率属性可确保虚拟电池保持在其适当的工作范围内。例如,在 800V 电池供电的电动汽车中,可确保高压电池在 520 至 920V 之间。比率为 1/16 的 BCM6135 可为 48V 电池实现虚拟化,确保电压范围在 32.5 和 57.5V 之间。BCM6135 1/8 的比率可用于 400V 电动汽车(图 3)。


电池虚拟化还可使用 1/4 固定比率转换器扩展至 12V 母线。这种情况不需要电流隔离,可以使用 Vicor NBM™ 母线转换器。与 BCM 的其它特性相同,NBM 非隔离母线转换器具有上述所有优势:快速瞬态响应、低阻抗和双向工作。12V 母线上的电压范围保持在 8.125V 与 14.375V 之间,与高压电池电压的比率是固定的。BCM 和 NBM 技术是连接汽车各供电网络的理想变压器


image.png


表 1:采用 Vicor BCM/NBM 母线转换器技术的 48V 母线和 12V 母线上的最小电压和最大电压。48V 和 12V 电压范围均符合 VDA 320 和 LV 124 标准。


image.png


图 5:基于 BCM6135 和 NBM2317 模块的 12V 及 48V 电池虚拟化 E/E 架构。48V 母线还可作为一个更高效电源,为车辆中的更高负载供电,如空调冷凝器、水泵和主动底盘稳定系统等。


确保功能安全负载的供电冗余至关重要。Vicor 电源模块在电源与传输方面完全可扩展,因此可将其设计成冗余 PDN,从而可通过两条专用电源转换路径实现为功能安全至关重要的负载供电。最终,OEM 厂商可实施本地化能量存储,确保 ADAS、转向和刹车等重要系统的功能安全运行。


电动汽车供电网络将何去何从


12V 铅酸电池将很快退出欧洲市场。鉴于所有的创新都推动了电动汽车供电网络重新设计,这个时机非常合适。


汽车电气 PDN 正处于 12V 供电的十字路口。试图保持最少的架构变化的同时,越来越多的严格电源负载应用于车辆。特斯拉首席执行官 Elon Musk 表示:“我们为什么还要用 12V 电压?12V 只是残留的电压,的确太低了。”


OEM 厂商正在争先恐后地设计更好的 PDN,为电动汽车提供更大的里程和更高的性能。完全取消 12V 电池明显是一个长期解决方案,不仅可减少重量和空间,而且还能提供更好的瞬态响应及系统性能。Vicor 技术不仅可实现这些优势,而且还可提供无与伦比的灵活性、可扩展性和功率密度。Vicor 的 PDN 模块方案为解决新一代 xEV 的 12V 供电网络的近期挑战提供理想的构建模块。


image.png

Nicolas Richard

Vicor 欧洲汽车业务开发总监


在加入 Vicor 之前,Nicolas 在 IDT(瑞萨电子)担任北美汽车业务部负责人,主要从事动力系统、信息娱乐系统与 ADAS 系统的技术销售。在加入 IDT 之前,他曾在安森美担任过 4 年的现场应用工程师,领导一个内部设计及应用团队(是一支“从概念到产品冠军”团队),负责安森美在密歇根州底特律的汽车销售新产品增长战略。他的工作经历还包括在大陆汽车公司的 9 年工程与开发工作,在此期间,他曾在大陆汽车混合动力与电动汽车部门担任各种工程设计职务,主要设计 DC/DC 转换器和牵引逆变器。


关键字:铅酸电池  电池  蓄电池  汽车  Vicor 引用地址:12V 铅酸电池即将退出市场?

上一篇:大唐恩智浦推出具有阻抗监测功能的电池管理芯片
下一篇:低成本、高精度的电池测试设备数字控制方案

推荐阅读最新更新时间:2024-11-16 21:24

投资1500万欧元!道达尔将建造法国最大的电池储能项目
  法国公司道达尔(Total)在敦克尔克(Dunkirk)港区的弗兰德雷斯中心(Flandres Center)的马尔戴克(Mardyck)启动了一个以电池为基础的储能项目。新一代锂离子储能系统的储能能力为25MWh,输出功率为25MW,将成为法国最大的锂离子储能系统。它将被用来提供快速备用服务,以支持法国电网的稳定性。通过容量机制支持电力发展是政府政策的一部分。这个由Saft负责建造的项目计划在2020年后期投入使用,新的储能系统将基于Saft的intenummax 20高能解决方案,包括11个集成的2.3MWh集装箱,在Saft位于波尔多的生产基地设计和制造,投资约1500万欧元。   “该项目是道达
[新能源]
众多车企为何收缩期间第一时间放弃燃料电池
引言:配合今年的形势,祝各位汽车行业的从业者能过个好节,困难尽快过去,降薪裁员节衣缩食的日子快点过去。在目前的行业形势下,梅赛德斯 - 奔驰正式宣布取消开发氢燃料电池乘用车的计划,和大众汽车和本田汽车一起,暂时搁置了氢燃料电池在乘用车上的拓展。目前坚持下去的企业主要是丰田、宝马和现代三家,其中丰田有可能继续加大投入,以全系 HEV 推进撑 10 年,等 10 年后燃料电池汽车接棒。 01 疫情、现金流和放弃烧钱的项目 从之前几年的情况来看,燃料电池的投资的努力,都是从 20 年之前开始的。由于过于烧钱,都是按照联盟的形势来分摊,如戴姆勒+福特和日产的组合、本田和通用的组合、丰田和宝马的组合,现代和奥迪的组合。在这堆
[嵌入式]
众多车企为何收缩期间第一时间放弃燃料<font color='red'>电池</font>?
动力电池产业链竞争日益加剧
近来,动力电池原材料价格持续上涨,加之原始资源矿相对缺乏,对外依存度高,产业链竞争加剧。 一、新能源汽车销量提升带动动力电池市场需求持续增长 2021年上半年,汽车累计销售1289.1万辆,同比增长25.6%,其中新能源汽车累计销售120.6万辆,同比大增201.5%。新能源汽车市场渗透率稳步提升,特别是是2021年6月,新能源汽车渗透率高达12.7%。 图1 2021年上半年汽车销售情况 数据来源:中国汽车工业协会,中汽咨询整理 新能源汽车的快速发展带动动力电池需求量的同步增长,2021年上半年,我国动力电池装车量累计52.5GWh,同比累计大增200.3%。 图2 2020~2021年月度动力电池装车量
[嵌入式]
动力<font color='red'>电池</font>产业链竞争日益加剧
罗克韦尔自动化携手蜂巢能源共创AI智能制造新生态
罗克韦尔自动化与蜂巢能源签署战略合作协议,共同打造动力电池及能源互联行业AI智能制造生态圈 (2021年12月8日,中国上海)12月8日,罗克韦尔自动化与蜂巢能源科技有限公司(简称“蜂巢能源”)在“蜂巢能源第二届电池日”上签署战略合作协议。双方将通过建立长期稳固的战略合作伙伴关系及合作研发模式,携手打造动力电池及能源互联行业AI智能制造生态圈,共同研发面向动力电池及能源互联行业的AI智能制造综合解决方案,为动力电池及能源互联全产业链的转型升级注入智慧动能,以绿色能源转型推动碳达峰、碳中和目标的加速落地。 绿色化和数字化是当今世界发展的两大重要主题,绿色能源变革和数字经济浪潮的深度融合,进一步推动了绿色化和数字化的协同
[工业控制]
罗克韦尔自动化携手蜂巢能源共创AI智能制造新生态
中国电动汽车百人会张永伟:预计2030年我国汽车芯片市场规模将达290亿美元
12月16日消息,据报道,在全球智能汽车产业峰会(GIV2022)上,中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟表示,智能汽车快速发展,2022年上半年我国智能化汽车渗透率已上升至32.4%,预计到2030年我国新车不同级别的智能驾驶将达到70%。 他指出,汽车智能化有效拉动汽车芯片数量的增长,从燃油车约300-500个芯片增加到辅助驾驶汽车的1000多个,再到L4级自动驾驶汽车单车使用超3000个芯片,预计到2030年我国汽车芯片市场规模将达到290亿美元,数量将达到1000-1200亿颗/年。
[汽车电子]
新能源汽车:各国争霸 江淮大众能否拔得头筹
人们总是会被新鲜的事物吸引,而近几年京城被提及,汽车市场最热的词就是“新能源汽车”。就像是“下了凡间的仙女一样”,被各大企业追捧,成为了汽车市场的“宠儿”。随着新能源市场的兴起,新能源汽车也成为了一块炙手可热的大蛋糕,各大国内外车企也是使出了浑身解数抢占新能源市场。继特斯拉上海建厂谣言破灭不久,2017年6月29日,江淮大众新能源合资项目在合肥正式动工的消息也出现在了我们的视野。   大众国内第三家合资企业,江淮大众终成正果 其实这个消息出现的并不突然,相比特斯拉的“选择困难症”,大众已经在国内有过两家合资车企的经验了。对于此次与江淮汽车的合作事宜,早在2016年9月7日,大众汽车集团和江淮汽车就已经共同发布公告称,双方已经在2
[嵌入式]
纯电动汽车补贴取消,销售或将面临停滞
北京市科学技术委员会、北京市经济和信息化局等部门发布通知称,自6月26日起,取消对纯电动汽车的市级财政补助。由此,北京市正式取消针对普通纯电动汽车的地方补贴。这一天也是2019年新能源汽车补贴过渡期结束的首日,但面对过渡期结束后巨大的成本压力,不少新能源车企采取暂时“按兵不动”的策略。 业内人士表示,补贴退坡给上游企业带来较大的成本压力,车企很难再像过渡期时那样“自掏腰包”消化成本压力,目前,各厂家都在观望,一段时间之后,大规模的涨价潮可能在所难免。 价格未变 过渡期后,新能源汽车补贴将完全执行2019年标准。这意味着,新能源乘用车、客车、专用车国家补贴相较于2018年,整体退坡幅度将超过50%。然而,面对补贴过渡期结束给
[嵌入式]
OPTIMA推出全新ORANGETOP QH6锂电池 可适应极端温度条件
据外媒报道,在11月5-8日举行的拉斯维加斯改装车零配件展(SEMA)上,柯锐世(CLARIOS)旗下领先品牌OPTIMA Batteries推出其新款OPTIMA ORANGETOP QH6锂电池。新款OPTIMA ORANGETOP QH6重新定义了锂电池的性能,具有超过各种标准H6的冷启动功率,能够抵御极端温度;与同类锂电池相比,其性能和耐用性都有所改善,并且减轻了重量。 (图片来源:柯锐世) 新款QH6是一款四端子、45 Ah电池,启动功率为880 A,重量为19.8 lbs。它具有OPTIMA Batteries广为人知的多种功能,包括OPTIMA CPR内置快速启动、POWERLINK和集成OPTIMA Ba
[汽车电子]
OPTIMA推出全新ORANGETOP QH6锂<font color='red'>电池</font> 可适应极端温度条件
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
更多每日新闻
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved