汽车传动系统的电气化提升 — 情况与原因

作者：Nagarajan Sridhar  德州仪器

汽车领域所有有关该电气化讨论的内容都有什么？已有很多介绍电池的文章，尤其是 48V 及 400V 锂离子电池与 12V 铅酸电池，以及随负载要求增加其在一台汽车中共存所具有的挑战性。传动系统中的牵引电机、转向、车载充电、压缩机以及再生制动等这些负载需要 1kW 以上的电源，远远高于之前的需求。

处理信息娱乐、仪表盘和安全应用中使用的传统 12V 电池负载很有挑战性，因为对于汽车来说它既低效又繁重，需要大量线束来处理大电流。在传统 12V 铅酸电池提供的稳定电压（高于 12V)下运行这些负载，可显著降低功耗、接线复杂性以及整体系统重量。这就是要在混合动力汽车和 ICE 汽车中使用 48V 锂离子电池、在电动汽车中使用 400V 锂离子电池的所在。更大的电压就意味着传输相同的能量电流更低，也就意味着更低的功耗，从而可减少对大量电线的需求。这就是为什么在以极高效率传输电源的同时，这两种电池需要共存。

混合动力汽车充电器系统方框图

由于需要实现高效率，需要使用不同的电池并实现更大功率，因此采用开关模式电源 (SMPS) 的高效能量传输调节系统比过去的线性稳压器更具诱惑力。SMPS 有助于应用在导通及关断状态下工作，理论上其可实现 100% 的能量传输效率。随着电源电子开关的进步，使用 SMPS 概念可帮助汽车制造商努力达到这些要求。

那么，SMPS 如何工作？开关可通过脉宽调制 (PWM) 技术打开和关断。这些开关可在高开关频率下工作，可使电源转换器不那么笨重、尺寸更小。PWM 可使用一个模拟或数字控制器实现，后接一个栅极驱动器电路，用来提供适当的电荷开关电源设备，并在正确的工作电压下工作。栅极驱动器可实现具有优异性能与效率的电源系统。

控制器的选择主要取决于汽车的要求，需要考虑成本、灵活性、集成度、可靠性和固件写入可用性（对于数字控制器而言）。同样，栅极驱动器的选择取决于驱动器电流、最大允许工作电压、速度（减少传播延迟）以及成本更低的组件数量（单通道与桥接驱动器）及隔离等。德州仪器 (TI) 有几款模拟及数字汽车认证控制器（在模拟与数字之间进行选择时阅读本文）以及运行 SMPS 开关的业界最快栅极驱动器。

欢迎阅读另一篇我写的关于汽车电源电子产品的白皮书。

原文请参见: http://e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2014/05/14/more-electrification-to-the-powertrain-in-the-car-the-how-and-why.aspx