汽車電氣化車輛架構(gòu)怎么走？

文︱立厷

圖︱網(wǎng)絡(luò)

隨著汽車行業(yè)從汽油驅(qū)動轉(zhuǎn)向電動汽車的勢頭不斷增強,一些主機廠利用其傳統(tǒng)內(nèi)燃機(ICE)架構(gòu)快速制造出電池電動汽車(BEV)也就不足為奇了。

但是,當(dāng)我們放眼未來的汽車電氣化時,這種方法就有了問題:使用為ICE設(shè)計的架構(gòu)創(chuàng)建BEV會因架構(gòu)上的折衷和低效推高總成本和重量。

怎么走才能達致可持續(xù)的未來?致力于開發(fā)更安全、更環(huán)保、更互聯(lián)的解決方案的全球性技術(shù)公司Aptiv給出了智能電氣中心,并細化到智能熔斷器、區(qū)域控制器等創(chuàng)新解決方案。

ICE到BEV的挑戰(zhàn)

Aptiv全球核心工程配電系統(tǒng)副總裁Eric Rowland表示:現(xiàn)在看一些插圖主機廠的“方法是有意義的,但是,當(dāng)我們展望未來汽車電氣化時,這種方法是不可持續(xù)的。使用為ICE設(shè)計的架構(gòu)創(chuàng)建BEV會帶來許多架構(gòu)上的折衷和低效,從而推高總成本和重量?！?/p>

例如,使用典型SUV的ICE結(jié)構(gòu)創(chuàng)建BEV會導(dǎo)致布線系統(tǒng)比ICE車輛重13公斤,即使沒有了整個ICE發(fā)動機線束。BEV所需的高壓電纜增加了約8公斤,為適應(yīng)牽引蓄電池和驅(qū)動系統(tǒng)周圍的ICE結(jié)構(gòu)所需的所有包裝增加了另外的5公斤。為了實現(xiàn)另一個指標(biāo),ICE設(shè)計的拓撲迫使BEV使用300多米的額外電線來提供相同級別的功能。

圖:ICE、BEV、SVA對比

這里的一個技術(shù)斷點在于,BEV是一個技術(shù)轉(zhuǎn)折點——需要一種專門用于電力推進的新型電氣結(jié)構(gòu)?？紤]到這一點,主機廠可以部署一種精確匹配車輛需求的架構(gòu),同時大幅降低低壓接線的重量和成本,從而生產(chǎn)出更可持續(xù)的產(chǎn)品。此外,該架構(gòu)需要具有靈活性和可擴展性,使其易于適應(yīng)更高級的車型。

開發(fā)BEV專用架構(gòu)的第一步可能是區(qū)域配電解決方案,如智能電氣中心,用智能熔斷器取代傳統(tǒng)熔斷器,用固態(tài)開關(guān)取代機電繼電器,從而形成一個功能向上集成的邏輯位置。

什么是智能電氣中心?

隨著消費者對汽車功能的要求越來越高,汽車行業(yè)正在進行其歷史上最大的電氣和電子架構(gòu)轉(zhuǎn)型。Aptiv電氣中心全球產(chǎn)品管理總監(jiān)Ajay Bhargava說:“智能電氣中心是一個水到渠成的東西。因為在未來幾年,車輛分區(qū)架構(gòu)將獲得發(fā)展,特別是在電動汽車上,它更有助于簡化架構(gòu)并進一步減輕重量。分區(qū)架構(gòu)將車輛內(nèi)的各種物理分區(qū),添加分區(qū)控制器作為高速數(shù)據(jù)和電源集線器?！?/p>

主機廠需要智能車輛架構(gòu),但第一步可能是智能電氣中心。它是車輛中的配電裝置,用智能熔斷器和固態(tài)開關(guān)取代機電繼電器的傳統(tǒng)熔斷器。采取這一步驟可以幫助主機廠優(yōu)化電纜尺寸,降低系統(tǒng)成本、重量和包裝尺寸;并啟用智能電源管理和診斷功能。固態(tài)開關(guān)也比機電式繼電器更安靜,能耗更低,并可在數(shù)百萬個工作周期內(nèi)保持穩(wěn)定。此外,智能電氣中心比傳統(tǒng)電氣中心更小、更輕。

同樣重要的是,智能電氣中心可以提供更完整的診斷圖像,可以檢測連接到它的電線何時可能出現(xiàn)故障。它可以隔離故障條件;檢測開路和短路、電路過載和欠載;并將所有診斷信息報告回中央控制器,中央控制器可將該數(shù)據(jù)傳達給車主或經(jīng)銷商進行維修。

智能電氣中心的技術(shù)是確保車輛滿足功能安全要求的關(guān)鍵。通常,智能電氣中心是ASIL-B級組件,可與另一個汽車安全完整性B級(ASIL-B)級組件結(jié)合使用,形成ASIL-D級系統(tǒng)。ASIL-B部件評級通過改進固態(tài)部件、診斷和軟件實施的穩(wěn)健性來實現(xiàn)。

什么是智能熔斷器?

智能熔斷器用半導(dǎo)體取代繼電器中的傳統(tǒng)熔斷器,是一種實現(xiàn)智能電源管理的方法,因為整個車輛的熔斷器可以集中管理。這對于電動汽車尤其重要。

·首先,如果蓄電池電量不足,系統(tǒng)可使用智能保險絲在整個車輛內(nèi)短時間內(nèi)明智地關(guān)閉一些功能,如需要大功率的非關(guān)鍵功能包括座椅加熱器或車窗加熱器。系統(tǒng)可以決定在駕駛員無法察覺的短時間內(nèi)關(guān)閉這些功能,以便在更重要的功能需要峰值負載時釋放動力,例如急轉(zhuǎn)彎時的動力轉(zhuǎn)向。

·其次,智能保險絲可以檢測連接到它的電線何時要出故障,并將該信息傳回中央系統(tǒng)。這種預(yù)測性維護有助于駕駛員在潛在問題影響車輛運行之前解決這些問題。對于負責(zé)維護大量車輛的車隊運營商來說,這一點尤為重要。

·第三,智能熔斷可以節(jié)省布線成本。在過去,電線的直徑必須比實際需要的直徑大30%,以允許在沒有熔斷保險絲情況下對峰值負載有足夠的容限。相比之下,使用智能熔斷器可以在指定的時間段內(nèi)讓導(dǎo)線匹配負載的物理極限。這通常意味著減少一個線規(guī),例如,從4mm2減少到2．5mm2,從而減少線束重量。

智能熔斷器通過去掉笨重的保險絲盒實現(xiàn)了更緊湊的設(shè)計。區(qū)域控制器通常是放置智能保險絲的合理場所。

圖:半導(dǎo)體器件尺寸更小

智能熔斷是通過電子電路設(shè)計、軟件和半導(dǎo)體來實現(xiàn)的,在需要時可以切斷元件的電源,以防止電路過載。與熔化式熔斷器不同,智能熔斷器是自復(fù)位的,這意味著它不必在觸發(fā)時更換,其位置也不必便于維修。