当前位置:首页 > 文章 > 应用方案

详解双电池系统中的互连汽车48V和12V电源轨

时间:2017-03-22 来源: 作者: 标签: 电池  传输  转换器  

汽车工业的电气化正在以不断增长的速度发展,主要驱动力来自于政府颁布的关于二氧化碳(CO2)的减排标准。欧盟制定的目标是到2020年新车排放量仅有95g/km。中国等其它国家也正在制定类似的法规。为了满足这些标准,汽车制造商正在开发轻型混合动力电动车辆,使用次级高压电池以及标准12V汽车电池。

德国汽车制造商已开始定义并构建基于48V电池的系统。在比传统12V电池更低的电流下,48V电池可提供更多的功率,同时节省线束重量,且不会影响性能。在这种发展过程中,LV148标准已成为双电池汽车系统的主要出发点。双电池系统的顶层框图如图1所示。

 

图1:双电池汽车系统的框图

建议的系统存在哪些挑战?如何克服障碍?许多OEM系统要求声明,能量必须可以从48V轨道传输到12V轨道,反之亦然。若电池放电,则需要双向电力传输来为电池充电,并且在过载条件下为相反的电压轨提供额外电力。为了在不损坏电池的情况下对电池充电,控制器必须能够非常精确地控制充电电流。在大多数汽车应用中,功率传输的最大值不低,通常处于2kW至3kW的范围内。两个轨道上的电压变化可能很大。根据LV 148规范,48V电源轨通常处于36V和52V之间,而12V电源轨可处在6V至16V的范围内。保护电路还必须存在,用于可能损坏系统的任何故障条件。凭借这些要求,很明显,桥接48V和12V电压轨所需的DC / DC转换器并非一个简单的设计项目。

能意识48V电源轨和12V电源轨的电压范围不会重叠那么设计复杂性就大大降低了。对于从48V电源轨到12V电源轨的电源传输,可以使用降压转换器,而使用升压转换器可实现12V至48V电源轨方向的电源传输。由于千瓦级功率要求,每个转换器应使用同步MOSFET代替续流二极管,以提高系统效率。

降压和升压拓扑在电力电子中是众所周知的,但是设计两个单独的转换器将占用宝贵的电路板空间,并增加系统复杂性和成本。仔细观察这两种拓扑结构可以看出,降压和升压转换器的功率链非常相似。两个拓扑结构由至少两个功率MOSFET、一个电感器和一定量的输出电容组成。拓扑之间的区别是控制器。在降压拓扑中,受控开关是高侧MOSFET;而在升压拓扑中,它是低侧MOSFET。通过简单地改变受控开关,假设您选择了正确的控制器,可在使用相同的动力传动系部件的同时改变电感器中的电流流动方向。图2所示为从两个转换器解决方案到单个转换器解决方案的演变过程。

 

图2:单控制器双向转换器的演变过程

虽然同步开关对于高电流设计很有必要,但它并非对所有障碍物有效。在2kW的功率下,12V电源轨将导通约166A。快速查看这些内容,您会发现,您将需要多相操作来在实际操作中实现这个设计。通过使用多相架构,可以减少组件的物理尺寸,并使热管理变得更加容易。为了更容易地并联每个电源相位,降压或升压模式操作中的控制方案应该是电流模式控制。多相操作还允许每个相位的交错切换。在每个时间不切换每个相位可减少输出纹波,这又有助于减少电磁干扰(EMI)。

在所有系统中,您必须设计用于操作员安全的保护电路。常见的保护功能,如欠压锁定(UVLO)和过压保护(OVP),确保电池不会充电过猛或过度充电。峰值电感器电流限制有助于防止每个电源相承受过大应力,并使电感器饱和。在双电池汽车设置中,还需要断路器来断开48V和12V轨道之间的任何电连接。监控电路还可以帮助扩展安全功能。例如,在能量传输期间,监视每个通道中的电流可以指示是否或何时发生故障状况。

数字控制DC / DC转换器是一种可能的解决方案,但是该方法存在几个主要缺点。首先,需要大量的分立元件:每相的电流检测放大器、功率MOSFET栅极驱动器、保护电路和监控电路。每个元件将占用印刷电路板(PCB)上的宝贵空间。第二,需要高端微控制器来实现转换器的电流和电压控制环路。第三,微控制器还在保护电路中引入延迟,这可能在高功率水平下引起灾难性损坏。第四,数字控制的设计周期可以是几年的数量级。您必须深入了解开关电源和数字控制。话虽这么讲,但还有一些额外的优点。从系统级来看,数字控制可以更加灵活,允许控制方案参数和调节电压的动态变化。与其它子系统共享信息可提高总体系统性能。

TI的LM5170-Q1同步双相双向降压/升压控制器解决了许多这些挑战。集成电流检测放大器、高电流栅极驱动器和系统保护功能(包括集成断路器和通道电流监控)消除了数字解决方案中所需的许多分立元件。并行堆叠多个控制器可交付千瓦功率,同时通过LM5170-Q1专有的平均电流模式控制方案优化电流充电电池的控制。阅读博文“选择双向转换器控制方案”,了解TI的平均电流模式控制方法与常规控制方案的对比情况如何。桥接48V电池和12V电池很复杂,但若仔细考虑各个步骤,也是有可能实现的。

换一批

延伸阅读

[新鲜事] 未雨绸缪 苹果发明全新石墨烯散热器 防止电池起火

未雨绸缪 苹果发明全新石墨烯散热器 防止电池起火

据报道,苹果近日提交了一份跟移动设备散热器有关的专利申请。......

关键字:苹果 散热器 电池

[新鲜事] iPhone 8:屏幕增加 续航增加 价格也要增加

iPhone 8:屏幕增加 续航增加 价格也要增加

今天凌晨,苹果新品爆料大神郭明池给出消息称,iPhone 8的电池将会增加,预计将提升至2700mAh容量仅次于现在的2900mAh的iPhone 7 Plus。......

关键字:iPhone 8 电池续航 OLED屏 三星

[趣科技] 三星电子向旗下的电池供应商SDI公司提出赔偿请求

三星电子向旗下的电池供应商SDI公司提出赔偿请求

近日,三星发布了GalaxyNote 7爆炸原因的调查报告,三星认为手机本身没有什么问题,导致手机爆炸的原因是电池的设计和制造问题。基于此,三星电子向同属三星集团旗下的电池供应商三星SDI公司提出赔偿请求,但两者之间......

关键字:三星电子 电池 SDI Note 7

[新鲜事] 第三方机构:Note7电池设计问题源于隔离膜变薄

第三方机构:Note7电池设计问题源于隔离膜变薄

在Note7宣布停产三个多月之后,三星终于在北京时间今天9点官方正式公布Note7自燃原因,三星电子无线事业部总裁高东真(DJ Koh)表示,分析结果显示,烧损事故主要是由于负极板受到压迫所致,而负极端错误的位置等其他因素也提高了事故发生的......

关键字:三星 Note 7 电池

[新鲜事] 火车站买充电宝救急:电池内用沙子填充

火车站买充电宝救急:电池内用沙子填充

智能手机的续航一只是用户心中的痛,出远门携带一块充电宝已经成为必须。如果忘带那么就只能临时买一个救急。......

关键字:充电宝 电池

[新鲜事] 三星Note7官翻版6月开卖,换装新电池还会炸么?

三星Note7官翻版6月开卖,换装新电池还会炸么?

三星Galaxy Note7的召回工作事实上已经基本结束,不过关于回收产品的处理仍旧是个问题。......

关键字:三星Note7 新电池

[新鲜事] 中国电池厂商或将价格下调40% 特斯拉电池优势不再?

中国电池厂商或将价格下调40% 特斯拉电池优势不再?

据外媒报道,特斯拉汽车在建设超级电池工厂时的一个考量就是它能够降低电池成本。然而,根据摩根士丹利分析师的最新报告,不用等到超级电池工厂全面投产,特斯拉的电池价格优势可能就不复存在了。......

关键字:特斯拉 电池 汽车

[新鲜事] 淘汰锂电!未来电池技术探秘:越来越近

淘汰锂电!未来电池技术探秘:越来越近

未来将会是电池供能的时代,新一代电池的竞争日益激烈,角逐者不乏颇为新奇的概念,比如液态电池、熔态金属电池和盐水电池。......

关键字:锂电 电池技术

[新鲜事] iPhone 6也能免费换电池?洗洗睡吧!

iPhone 6也能免费换电池?洗洗睡吧!

频繁遭遇意外关机的iPhone 6S基本都能免费更换电池,而同样有此问题的iPhone 6似乎被遗忘了。 ......

关键字:iphone6 电池

[新鲜事] 苹果官方给出iPhone 6/6S意外关机解决方案 你满意么?

苹果官方给出iPhone 6/6S意外关机解决方案 你满意么?

去年10月份开始,不少iPhone 6S用户开始集中反馈,自己的手机出现自动关机情况,随后苹果公开回应,符合条件可免费换电池,同时他们强调,iPhone意外关机不存在安全隐患。......

关键字:苹果 iPhone 6/6S 电池

[新鲜事] 中国氢燃料电池无人机亮相:续航世界第一!

中国氢燃料电池无人机亮相:续航世界第一!

2月19日,第十三届阿布扎比国际防务展在阿联酋首都阿布扎比正式拉开帷幕,此届防务展有多家中国企业参展。......

关键字:无人机 氢燃料电池

[新鲜事] 怎么穿刺都不会爆炸 全新电池技术开发中

怎么穿刺都不会爆炸 全新电池技术开发中

美国某电视台最新的一期纪录片中,主持人我们呈现了由 Mike Zimmerman 开发的下一代锂电池,这种电池在被穿透或损伤时,不会发生然后和爆炸。......

关键字:电池 锂电池 爆炸

项目外包更多+