48V區(qū)域架構：電動汽車的未來

特斯拉開始使用48V系統(tǒng)以后，在電氣領域和通信架構領域出現(xiàn)了新的動向，48V區(qū)域架構正在成為提高電動汽車性能和效率的關鍵技術。

在特斯拉的方案里，還是保留了傳統(tǒng)的48V電池，電源模塊可以在整個電源網(wǎng)絡里提供重要的作用。關于這方面如何設計，Vicor介紹了48V區(qū)域架構如何優(yōu)化電池電動車輛（BEV）的電池系統(tǒng)，這是一種比較有價值前瞻的方案。

當然我們也看到，圍繞12V和48V的方案切換，對低壓電氣架構影響是很大的，所以目前還是以前瞻的思考為主。

Part 1、電動汽車系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

電動汽車系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)包括與路邊充電器的兼容性、系統(tǒng)復雜性處理、重量最小化和功率耗散。隨著純電動負載從12V逐漸過渡到48V，包括電機負載、非電機負載（如智能汽車的計算平臺、加熱擋風玻璃等）和功能安全負載（如電動助力轉向、智能電子制動等），這些挑戰(zhàn)變得更加復雜。

●?系統(tǒng)復雜性：隨著電動汽車功能的增加，電氣系統(tǒng)變得更加復雜，傳統(tǒng)的集中式架構難以滿足需求。

●?兼容性問題：不同電壓標準的充電站（400V和800V）之間存在兼容性問題，導致充電不便。

●?重量和散熱：電動汽車需要盡可能減輕重量和有效散熱，以提高續(xù)航里程和系統(tǒng)效率。

從這張圖里來看，主要包含了12V和48V負載，整車的低壓負載是通過48V傳輸?shù)模?2V的電氣負載是通過48V進行轉換。

從集中式到區(qū)域化的電子電氣（E/E）架構轉變，是為了應對日益增長的負載需求。

區(qū)域E/E架構配備了高性能計算單元，并通過CAN總線和汽車以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)了更高效的負載管理和電源分配。

48V PDN通過集成充電器和48V電源傳遞網(wǎng)絡到電池包中，解決了400V和800V充電基礎設施之間的不兼容性問題。這種集成不僅減少了熱量、成本和重量，還提高了系統(tǒng)的整體效率。

Part 2、設計方案

從整體來看，使用高密度電源模塊的48V區(qū)域PDN帶來了多方面的好處，包括減少系統(tǒng)重量、尺寸和復雜性，提供靈活性和可擴展性，加快上市時間，簡化電源傳遞網(wǎng)絡，并減少線束的重量和成本。

通過在電池系統(tǒng)組裝中集成48V轉換，可以在工廠減少車輛組裝時間，并通過集成節(jié)省成本。

48V PDN解決方案包括使用BCM6135和PRM3735等組件，這些組件提供了高瞬態(tài)響應和效率，以及穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出電壓。這些電源組件的應用，使得48V和12V負載能夠更有效地管理和分配。

為了進一步減少PDN的尺寸和重量，提出了使用虛擬電池的概念，以創(chuàng)新的方式消除或最小化電池的需求。

為了使800V的BEV能夠在400V的充電站充電，基于Vicor NBM9280并行解決方案的充電器，在冷卻液溫度為50°C時也能保持高性能。

高密度電源模塊（如Vicor的NBM9280和BCM6135），可以進一步提高系統(tǒng)效率和響應速度。這些模塊具有以下優(yōu)勢：

●?高效率：BCM6135在800V輸入電壓下的峰值效率可達97.3%。

●?高瞬態(tài)響應：在負載電流快速變化時，能保持穩(wěn)定的輸出。

●?模塊化設計：每個電源模塊可以輕松并聯(lián)或擴展，以適應不同功率需求，從1kW到20kW不等。

從結果來看，通過更小的功率模塊的導入，分布式架構比起原來的集中式電氣架構，能帶來更輕的效果。

為了更好地管理和分配電力，汽車電氣架構從過去的分布式架構，經(jīng)過現(xiàn)在的域集中架構，逐漸演變?yōu)槲磥淼膮^(qū)域架構。區(qū)域架構通過高性能計算單元和區(qū)域控制單元（ZCU），實現(xiàn)更高效的電力管理和更低的系統(tǒng)復雜性。

小結

這種圍繞電源模塊的48V區(qū)域架構，通過使用低壓配電系統(tǒng)優(yōu)化，不僅減輕了系統(tǒng)的重量和復雜性，還提供了靈活性和可擴展性。從設計層面還是很有特點的！