【導讀】想象一下，您和幾位朋友正駕駛著(zhù)經(jīng)濟型轎車(chē)去往城市旅行，卻遇到了一段極其糟糕的路面。就在您經(jīng)歷有史以來(lái)最顛簸的旅程時(shí)，一輛高檔轎車(chē)卻輕松地以?xún)杀兜乃俣锐傔^(guò)。您心想，“那肯定不舒服”，但隨后注意到一個(gè)奇怪的現象：這輛轎車(chē)在這條糟糕的道路上滑行，車(chē)輪吸收了所有的沖擊，而車(chē)身竟然在漂??！隨著(zhù)每一次顛簸，車(chē)輪似乎都能神奇地隨路面起伏而上下移動(dòng)，宛如私人飛機般巡航。這是怎么回事？它是怎么做到的呢？
想象一下，您和幾位朋友正駕駛著(zhù)經(jīng)濟型轎車(chē)去往城市旅行，卻遇到了一段極其糟糕的路面。就在您經(jīng)歷有史以來(lái)最顛簸的旅程時(shí)，一輛高檔轎車(chē)卻輕松地以?xún)杀兜乃俣锐傔^(guò)。您心想，“那肯定不舒服”，但隨后注意到一個(gè)奇怪的現象：這輛轎車(chē)在這條糟糕的道路上滑行，車(chē)輪吸收了所有的沖擊，而車(chē)身竟然在漂??！隨著(zhù)每一次顛簸，車(chē)輪似乎都能神奇地隨路面起伏而上下移動(dòng)，宛如私人飛機般巡航。這是怎么回事？它是怎么做到的呢？
秘訣在于它采用的主動(dòng)懸架系統。由于電源方面的挑戰，這種高級功能目前僅在約 10% 的車(chē)輛中得到了應用。為了將這項技術(shù)推廣到更多的汽車(chē)平臺，原始設備制造商需要設計一套更輕、更實(shí)惠、更高效的電源系統。Vicor 新推出一款高功率密度車(chē)規級電源模塊，可以幫助原始設備制造商實(shí)現這一突破，解決困擾汽車(chē)行業(yè)數十年的電源難題。
主動(dòng)懸架系統的挑戰
主動(dòng)懸架系統需要復雜的軟件、傳感器和機電硬件。這些組件能夠即時(shí)同步，以提供優(yōu)質(zhì)的駕乘體驗。每個(gè)車(chē)輪都配備了一個(gè)可編程元件，可以是液壓執行器、電機，或可調節的減震器。這些元件連接到一個(gè)攝像頭（或傳感器），它可以檢測到前方道路上的凹凸不平情況，然后“告知”車(chē)輛。這樣，車(chē)輛就能夠根據路面狀況預測性地調整懸架，從而確保司乘人員不會(huì )感受到顛簸。這項技術(shù)并不新鮮。事實(shí)上，它以液壓氣動(dòng)的形式存在了半個(gè)多世紀，并且由以?xún)?yōu)質(zhì)音頻聞名的 Bose 公司率先推出。
20 世紀 90 年代，Bose 將一種基于電磁鐵的主動(dòng)懸架系統安裝在原型車(chē)上。這個(gè)概念被稱(chēng)為“Project Sound”，展示了電磁驅動(dòng)器在高負載應用中的能力，類(lèi)似于著(zhù)名的磁懸浮列車(chē)。然而，Project Sound 也暴露了主動(dòng)懸架系統的最大缺陷：電源系統的復雜性和重量。
每個(gè)車(chē)輪都需要一個(gè)重達 90千克的電磁電機！車(chē)重額外增加 360千克，會(huì )顯著(zhù)降低燃油效率，而且短期內無(wú)法實(shí)現。此外，12V 電池也無(wú)法滿(mǎn)足這種系統的電力需求。
利用現代電氣化電源設計推進(jìn)主動(dòng)懸架
到了 2024 年，多家原始設備制造商已經(jīng)能夠使用替代技術(shù)模仿與 Bose 相同的駕乘體驗。所有這些設計都大大減輕了電磁系統的重量，但供電和電源轉換設備的重量仍然是一個(gè)難題。
雖然汽車(chē)制造商可以通過(guò) 12V 系統為汽車(chē)的主動(dòng)懸架提供必要的電源，但大多數系統仍然過(guò)于笨重，難以廣泛應用。例如，燃油車(chē)需要額外的大型輔助電池和專(zhuān)用的 DC-DC 轉換器為主動(dòng)懸架供電，這會(huì )增加近 14千克的重量，顯然過(guò)于沉重。然而，在電動(dòng)汽車(chē)設計中，情況有所不同，因為大型輔助電池是車(chē)輛電源系統的基礎，并且可以支持各種其他負載。
輕混合動(dòng)力汽車(chē)是現代高效車(chē)輛一個(gè)很好的例子，它利用 48V 輔助電池為眾多豪華電子設備和主動(dòng)懸架系統供電。在這種設計中，輔助電池直接為主動(dòng)懸架系統提供 48V 電源。然而，大型車(chē)輛系統設計的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們普遍使用的依然是 12V 的母線(xiàn)。這導致車(chē)輛中需要額外的 DC-DC 轉換器。此外，主動(dòng)懸架供電網(wǎng)絡(luò )（PDN）重約 20 千克，占據約 18 升的空間。
另一種方法是插電式混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的基于 400V 電池的主動(dòng)懸架系統。在這種情況下，主動(dòng)懸架系統直接連接到汽車(chē)的 400V 電池，這雖然高效，但需要原始設備制造商在整個(gè)汽車(chē)內部鋪設又重又貴的高壓電纜。此外，使用 400V 電池還會(huì )增加維修和急救人員的風(fēng)險。盡管這種方法有效，但基于 48V 電池的主動(dòng)懸架系統在短期內更有可能成為行業(yè)標準。這種系統由 800V 或 400V 的主電池和 DC-DC 轉換器提供電力。
需要注意的是，將主動(dòng)懸架系統直接連接到電池的最大優(yōu)勢之一是能量回收。就像彈簧能夠吸收和釋放能量一樣，主動(dòng)懸架系統也能夠吸收能量，并將其儲存在電池中。盡管從技術(shù)角度來(lái)看，這可以通過(guò) DC-DC 轉換器來(lái)實(shí)現，但很少有制造商能夠設計出瞬態(tài)響應足夠快、轉換速率和功效足夠高的系統，以管理設備與電源之間的雙向功率流動(dòng)。（圖1）
圖1：新的 Vicor BCM6135 能夠將主動(dòng)懸架系統的尺寸和重量減少 50%，并提供高效能量回收所需的對稱(chēng)雙向功率流動(dòng)。由于 BCM6135 具備 800 萬(wàn)安培/秒的高轉換速率，該系統能夠實(shí)現與直接電纜連接幾乎相同的雙向電力傳輸，從而實(shí)現能量回收，而無(wú)需依賴(lài)輔助電池或高壓電纜。相比之下，其他任何主動(dòng)懸架供電網(wǎng)絡(luò )在能量回收方面都無(wú)法達到如此高的效率水平。
電源模塊與 48V 架構驅動(dòng)下一代主動(dòng)懸架
搭載 Vicor 電源模塊的新型高性能車(chē)輛采用先進(jìn)的主動(dòng)懸架供電解決方案。Vicor 的 DC-DC 轉換器不僅能夠滿(mǎn)足功率和瞬態(tài)響應要求，以?xún)?yōu)化能量回收，還具備業(yè)內最高的功率密度，使原始設備制造商能夠在 PDN 設計中減輕重量，節省空間。
Vicor BCM6135 是一款效率高達 98% 的 2.5kW 隔離式固定比率 BCM? 母線(xiàn)轉換器，能夠將牽引電池的 800V 電壓轉換為 48V（圖 2）。該轉換器本身具有雙向轉換功能，其電流瞬態(tài)響應速率高達 800 萬(wàn)安培/秒，可完美匹配電動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)懸架系統的功率需求。該系統能夠快速捕獲和響應電力需求，在幾分之一秒內提供電力，并且可以在任一方向提供高達 2.5kW 的功率，從而最大限度地提高能量回收率。憑借極高的轉換速率和無(wú)與倫比的效率，BCM6135 可以實(shí)現幾乎與直接電纜連接相同的雙向電力傳輸，而無(wú)需依賴(lài)輔助 48V 電池或高壓電纜。在能量回收方面，其他任何主動(dòng)懸架供電網(wǎng)絡(luò )都無(wú)法達到如此高的效率水平。
圖 2：BCM6135 與 48V 架構相結合，不僅提供最佳性能，還大大減少了主動(dòng)懸架電源系統的尺寸和重量，同時(shí)優(yōu)化了 48V 區域架構。BCM6135 是一款效率高達 98% 的 2.5kW 隔離式固定比率 BCM? 母線(xiàn)轉換器，能夠將牽引電池的 800V 電壓轉換為 48V。
BCM6135 的功率密度高達 158kW/L，為電動(dòng)汽車(chē)系統設計人員提供了一種輕量化、高密度的主 DC-DC 轉換器，能夠使用更輕的電纜，從而進(jìn)一步減輕車(chē)重。該設備還可以輕松并聯(lián)，以獲得更高的功率，為電源系統設計人員提供更大的靈活性和可擴展性。
通過(guò)48V架構和新型可擴展高功率密度產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng )新
我們正在進(jìn)入一個(gè)汽車(chē)電氣化的新時(shí)代，電池驅動(dòng)汽車(chē)與 48V 區域架構相結合，創(chuàng )造了新的創(chuàng )新機會(huì )。目前，主動(dòng)懸架系統僅存在于高檔汽車(chē)中，但很快將在普通車(chē)型中普及。隨著(zhù)行業(yè)向汽車(chē)電氣化轉型，主動(dòng)懸架系統將像防抱死制動(dòng)系統一樣，從昂貴的豪華功能轉變?yōu)闃藴逝渲?。Vicor 的電源模塊將助力這一目標的實(shí)現，通過(guò)新發(fā)布的車(chē)規級 DC-DC 電源模塊 BCM1635 和 48V DC-DC 穩壓器 DCM3735 及 PRM3735（圖 3），為 OEM 提供支持。
圖 3：Vicor BCM6135、DMC3735 和 PRM3735 電源模塊為汽車(chē)行業(yè)的功率密度樹(shù)立了新的標桿。它們共同解決了各種電動(dòng)汽車(chē)電源系統中 800V、400V、48V 和 12V 系統的復雜轉換挑戰。
Vicor 的新產(chǎn)品套件能夠簡(jiǎn)化設計，并縮小現有主動(dòng)懸架系統中供電網(wǎng)絡(luò )的尺寸。結合 48V 架構，這些先進(jìn)的電源模塊能夠最大限度地減少龐大的電力電子設備，并優(yōu)化能量回收，從而幫助解決存在了幾十年的電源問(wèn)題。此外，Vicor 實(shí)現了 48V 區域架構，這不僅減小了電纜的尺寸，還將主動(dòng)懸架系統的總重量減少了數公斤。在超重的純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）領(lǐng)域，減輕重量無(wú)疑是改變游戲規則的關(guān)鍵因素。 文章來(lái)源：Vicor
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