在12V的基礎(chǔ)上增加48V會(huì)帶來(lái)重大的好處

需要哪些必要條件

采用48V的方式不僅僅是需要一個(gè)新的電池，除了直徑更小的線(xiàn)束和更小的連接器之外，還需要考慮線(xiàn)束彎曲（更細(xì)的線(xiàn)束允許更大的彎曲）、考慮線(xiàn)束絕緣以及其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的變化，提供詳細(xì)的說(shuō)明。這些都是顯而易見(jiàn)且容易操作的變化，但是由于12V和48V總線(xiàn)并不是相互隔離的，因此需要新的功能模塊來(lái)共同管理它們（圖4）。

圖4：兩個(gè)電壓總線(xiàn)之間的關(guān)系很復(fù)雜，需要仔細(xì)分析它們共存的意義（來(lái)源：TI）

其他不太明顯的變化也是有的，在12V總線(xiàn)上可能出現(xiàn)的高達(dá)30V和40V電壓峰值定制保護(hù)電路，此外在48V總線(xiàn)上的組件額定電壓也要提高，額定電壓較低的組件會(huì)發(fā)生斷路，即使是基本的熔斷器（本質(zhì)上是對(duì)電流敏感的器件）也對(duì)自身承受的電壓有最大的額定值，因此需要在物理和電氣方面進(jìn)行調(diào)整從而適應(yīng)較低的電流（比較容易）和較高的電壓（稍微困難）。同樣保護(hù)電池反向連接的標(biāo)準(zhǔn)組件也是每個(gè)電路模塊必不可少的，在主線(xiàn)束意外錯(cuò)誤連接時(shí)需要合理的處理可能產(chǎn)生的更高的反向電壓。

然而真正的挑戰(zhàn)是從電池管理開(kāi)始，在大多數(shù)系統(tǒng)中這涉及到多個(gè)具有相同額定電壓電池的監(jiān)測(cè)和管理，但是對(duì)于12V/48V這樣的設(shè)計(jì)，雖然是兩個(gè)非常不同的電壓值，但是從電池管理的角度來(lái)看48V和12V更適合在相應(yīng)的情況下共享和交換電能。

集成器件比如ADI開(kāi)發(fā)的LTC3871芯片就是為這種情況而設(shè)計(jì)的（圖5），這種雙向的buck/boost開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器（控制器）允許兩個(gè)電池通過(guò)一個(gè)電池轉(zhuǎn)換給另一塊電池，同時(shí)向負(fù)載提供能量，它會(huì)根據(jù)處理器控制信號(hào)來(lái)切換buck模式從VHIGH-to-VLOW 以及boost模式從VLOW-to-VHIGH的轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)其精確的電流回路調(diào)節(jié)可以在兩個(gè)方向上傳輸最大的電流。

圖5：ADI公司推出的LTC3871芯片是一款雙向的、降壓/升壓開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器（控制器），允許在兩個(gè)電池之間交換能量必要時(shí)會(huì)向負(fù)載提供能量（來(lái)源：ADI）

48V電池本身很特別，原則上它的結(jié)構(gòu)可以由四個(gè)12V鉛酸電池串聯(lián)而成，但這樣會(huì)占用太多的空間，需要較粗的連接線(xiàn)纜，相反48V電池是一種鋰離子電池，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)提供這種電壓，其體積與12V電池大致相同。

博世公司（Bosch）為汽車(chē)的48V系統(tǒng)提供了一款電池設(shè)計(jì)（圖6），尺寸為309mm X 175mm X 90mm，因此可以放置在汽車(chē)座椅或后備箱中，它是一個(gè)被動(dòng)冷卻的設(shè)備，不需要風(fēng)扇（否則會(huì)造成更高的成本且可靠性降低），也不會(huì)產(chǎn)生噪音，這個(gè)七公斤中的裝置可以提供高達(dá)13KW的電力，此外它還支持能量回收充電。

圖6：博世（Bosch）生產(chǎn)的這款鋰離子電池（Li-ion unit）是一款可用的48V電池，它可以放置在汽車(chē)座椅下面，而且采用被動(dòng)降溫方式（來(lái)源：博世）

總結(jié)

12V電池為汽車(chē)工業(yè)提供了良好的服務(wù)，其長(zhǎng)期以來(lái)的應(yīng)用表現(xiàn)清楚的證明了這一點(diǎn)，然而由于IR損耗、功率損耗等問(wèn)題這種單一的低壓總線(xiàn)方案已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)今汽車(chē)快速增長(zhǎng)的電能需求了。

現(xiàn)在的解決方案采用48V補(bǔ)充電池，這并不是“即將到來(lái)”的一種預(yù)測(cè)，因?yàn)樗呀?jīng)在很多汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，涉及燃油汽車(chē)、微混電動(dòng)汽車(chē)以及純電動(dòng)汽車(chē)，48V方案的使用正在迅速擴(kuò)大，因?yàn)樗墙鉀Q現(xiàn)在電力問(wèn)題的唯一可行的方法。

采用這種新的解決方案需要新的線(xiàn)纜、連接器、電源管理IC和無(wú)源保護(hù)組件，以及48V鋰離子電池。也許在未來(lái)的一二十年里12V電池會(huì)成為古董車(chē)站上的一個(gè)亮點(diǎn)，但是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)12V和48V電池將會(huì)共存并且相互作用，從而提供更加高效的電力解決方案。