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【Molex】电动车电池技术的创新

2024-03-18 来源:EEWORLD

自20世纪50年代以来,12V电源一直是汽车行业的标准;但为满足如今的消费者需求,汽车制造商将目光投向了48V电源。


自20世纪50年代以来,12V电源一直是汽车行业的标准,因而成为汽车设计和部件的默认配置。即使汽车功能和电气化不断发展,但该标准使得汽车制造商仍然能够维持简单的电气架构和保持低成本。 


以往12V电源模式一直运行良好,然而,随着现代消费者对汽车性能和车载体验的期望越来越高,12V标准必须与时俱进。新兴的软件定义车辆面市,加上业界使用轻度混合动力架构,以及更严格的排放法规出台,这些因素使得汽车行业越来越有必要采用48V设计来满足消费者需要和法规要求。 


虽然采用48V电源面临一些挑战,但专注电气创新研究的厂商正准备开发基于这一全新标准的更高效系统。随着汽车设计进入电气化的未来时代,业界应该充分了解和考虑几项关键因素,其中包括48V标准的驱动因素、使用48V电源对汽车制造商和消费者的好处,以及相关挑战。


推动使用48V电源的因素


汽车行业向更强大的电源标准不会一蹴而就,但一些关键的电气和消费者因素将会促使汽车制造商采用48V电源作为轻度混合动力和全电动车的标准。


减少排放的法规


针对造车要求大幅减少排放的法规在美国/欧洲/中国等多国施行,促使业界使用轻度混合动力架构,例如集成式起动发电机和48V电源网络,以及提高发动机设计效率;设计工程师为此而感受到压力。面向824名设计工程师的Molex莫仕调研发现,96%的受访者表示需要作出一番努力来遵守与电力相关的法规要求。


有关燃油经济性的更严格法规,同样推动了先进技术的发展,例如停止-启动系统、高级辅助驾驶系统(ADAS)和电动车(EV)等替代动力推进解决方案。这些新技术需要更高的电源电压,从而促使业界使用48V电源标准。


消费者偏好


关注碳排放的买家强烈偏好混合动力、插电式混合动力电动车(PHEV)和电动增强型汽车。OEM厂商和组件供应商积极满足需求,目前正在开发下一代组件和汽车。与Molex莫仕调研的 74%的电源设计工程师将能效列为首要任务的结果相吻合


电动涡轮增压


电动涡轮增压(E-turbo)的特点是使用电动机旋转涡轮机并增加发动机的进气量,从而增强发动机性能。相比传统的12V或24V系统供电的涡轮增压系统,这种涡轮增压运作需要更大的功率。随着更高效、更强大的电动涡轮增压系统成为标准配置,48V电源将会成为主流。


空间效率


使用48V架构不仅仅提高了系统电压,还需要改变当今车辆的电气结构。要实现功能丰富的更高性能汽车,依赖于使用更轻、更小的组件,这些组件在更高密度的架构中提供了相同的电气效率。48V标准可以为消费者提供更好的信息娱乐体验,并更好的实现车辆集成功能。


48V电源的优势


提高功率和效率为汽车生产商和消费者带来新的机遇,48V电源可以提高效率和增加功能,更好帮助汽车生产商满足消费者对更高科技和更低排放车辆的兴趣。


48V工程技术优势


缩小封装尺寸:48V电源允许生产和使用更小的组件,能够在更高密度的架构中提供相同的电气效率水平,更便利地创建功能丰富的高性能车辆而不牺牲空间。汽车设计人员可以减小电气系统的尺寸但保持相同功能,从而提高车辆的整体性能。


节省生产成本:更小的组件只需要更少材料,降低了生产和销售成本,同时仍然满足消费者的需求。48V系统具有更高效率,能够帮助减少多达30%总体能耗。


提供更好功能:更小的组件占位面积允许设计人员在给定的空间中放入更多的功能。尽管汽车体积较小,但能够加入更多的先进技术,例如无线充电、功能强大的信息娱乐系统和高级驾驶辅助系统。这些提升改善了消费者的整体驾驶体验,也提高了汽车的价值和感知品质。此外,这些组件的物理尺寸减小了,允许汽车制造商设计出更时尚、更具空气动力学性能的车辆,并且改善操控性和稳定性。


减少排放:48V系统提高了效率,能够减少燃油消耗、二氧化碳(CO2)和内燃机车辆排放的其他污染物。更小的组件可以减轻车辆重量和减小阻力,从而进一步减少排放。


提升燃油经济性:通过增强电动功能降低发动机负荷,帮助汽车制造商减少驱动车辆所需的能量,从而获得更低的油耗和更好的燃油经济性。48V系统具有更高的效率,可让车辆在更高的速度下保持优良性能,能够使用单个油箱或充电行驶更远的距离。 


48V电源对消费者的好处


改善车辆性能:新一代电源解决方案增强了现有发动机的性能,提供更大的功率和扭矩,从而提高了加速性能。电动机在较低速度下提供更平稳的扭矩,以提高转弯或在不平路面上行驶时的稳定性和舒适性。48V系统还有助于降低内燃机负荷,使其能够更有效地运作,同时提高性能并降低油耗。这些较轻的车辆具有更高的功率重量比,从而提升了整体性能。


降低车辆成本:48V架构采用更小、更少的组件,允许实现更高效的生产过程。制造商减少了生产车辆所需的材料和劳动力,从而降低了整体成本。对于消费者来说,更轻、更节能的汽车需要的燃料较少,可以降低汽车拥有成本。


改进操控性:电动增强型车辆对输入的响应速度和精度更高,因而相比其他车辆更易操控。重量减轻允许车辆更快加速,同时保持转向稳定性,增强驾驶员对于汽车的控制。更轻的车辆也使得制造商更容易安装先进的主动安全系统 (例如车道保持辅助系统) 而不会牺牲整体性能,这提高了车辆的整体安全性,并且增强了驾驶员在具有挑战性的道路和地形驾驶的信心。


从12V向48V过渡的挑战


12V电源设计已经深深植根于汽车生产之中,向48V电源的过渡将会比预期的缓慢。过渡的速度部分取决于满足48V系统技术要求所需的组件设计变化,同时考虑到厂商自身的生产方法和现有基础设施。48V技术的成本较高,并且相对新,这些因素可能会进一步减缓采用速度,因为需要强有力的业务案例来推动大规模的技术变革。 


更好的电池管理是48V架构成功的关键。如果没有正确的设计,汽车制造商将面临电力存储效率低下、成本增加以及系统不稳定带来的潜在安全风险。为了确保充分利用现有的电力存储和电池容量,汽车制造商必须投资于更好的硬件和软件,包括使用预测算法来根据使用需求调整充电周期,并开发更好的方法来跟踪电池健康状况随时间的变化。 


需要使用先进的能量控制系统来管理每个电池内的电压水平,以防止电池组过度充电或充电不足。这些措施需要在研发方面进行大量投资,但对于创建可靠48V系统来满足现代驾驶条件和潜在极端环境要求来说,这是必要的。


Molex莫仕引领48V兼容组件发展


随着电动车需求在过去30年中不断增长,Molex莫仕在服务汽车行业方面发挥了关键性作用。莫仕是支持48V应用之解决方案的早期开发者,包括提供稳健电源管理的连接器和配电系统。Molex莫仕组件有助于在48V系统中实现一致的连接和通信,确保在任何环境下都能实现可靠的性能。


作为Molex 莫仕的授权分销商,Heilind可为市场提供相关产品服务与支持,此外Heilind也供应多家世界顶级制造商的产品,涵盖25种不同元器件类别,并重视所有的细分市场和所有的顾客,不断寻求广泛的产品供应来覆盖所有市场。


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