用電附件過載引發(fā)汽車電源設(shè)計新思考

　　在上圖中，汽車充電系統(tǒng)由交流發(fā)電機和鉛酸電池來表示。在這種情況下，要利用Ansoft公司的汽車工具箱之中的Simplorer電化學(xué)建模工具對電池進(jìn)行比較詳細(xì)的建模。PowerNet被高度簡化為由線規(guī)電阻建模的四個分支電路，包括引擎控制、車箱氣候控制、本地ECU和EPS(最右邊)。 PowerNet分配點被標(biāo)注為PDB或電力分配箱。

　　當(dāng)EPS工作時，下圖描繪了上述電路引起的PowerNet瞬態(tài)波動。注意：當(dāng)電力分配網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時，交流發(fā)電機提供給電池的最初充電電流。

圖：當(dāng)EPS被激活時，造成PowerNet的瞬態(tài)波動

　　在上圖的曲線中，從左到右、從頂向下依次為：交流發(fā)電機輸出電流、電池電流、電池電壓、EPS電流和本地ECU端的電壓。注意，在EPS瞬時被激活前，電池需要20A的連續(xù)充電電流。在此仿真中，假設(shè)電池充電狀態(tài)為低，需要充電。關(guān)鍵點是ECU終端電壓的高可變性：13.8V到13.2V，再到 12.2V，然后，回到13.2V。這是非常具有破壞性的瞬時電壓波動，其波動范圍超過了大型電解濾波電容器的平滑能力。

　　在汽車電力分配網(wǎng)絡(luò)上會出現(xiàn)許多此類瞬時波動現(xiàn)象，以至于汽車電力環(huán)境充滿了此類噪聲，讓各種ECU受到電源線上寬范圍的上下波動的影響。

圖：該PowerNet電路為已激活的EPS供電并包含一個超級電容分布式模塊(右上)

　　上圖與前一張PowerNet電路圖相同，但是，增加了放置在EPS負(fù)載點的超級分布式模塊。這個超級模塊是一個標(biāo)準(zhǔn)的汽車設(shè)計產(chǎn)品，它在大的用電負(fù)載附近像電池一樣提供穩(wěn)定和平滑的PowerNet。所有其它地方一樣，存在超級分布式模塊的地方，就可以容易地在PowerNet和ECU電壓上觀察到平滑作用。

　　圖：當(dāng)EPS被激活時，超級電容器分布式模塊平滑了PowerNet上的電源波動

　　在上圖中可見，配備超級電容器分布式模塊的PowerNet顯示了好得多的響應(yīng)行為。注意：顯示的刻度發(fā)生了變化，電源的變化范圍比沒有采用超級電容器模塊時要小得多。重要的一點是：EPS電流不變，所以，其功能保持不變。超級電容器分布式模塊的突出特征在于：極大地降低了為本地ECU供電的 PowerNet的另外一個分支電路的終端電壓上的電源線干擾(右下線跡)。

　　基于碳超級電容器技術(shù)的分布式模塊或本地儲能的好處在于：穩(wěn)定PowerNet的效率很高，即使在汽車的遠(yuǎn)端分支電路中也有助于平滑和穩(wěn)定電源線。

　　在不遠(yuǎn)的將來，汽車電子功能和特色內(nèi)容將持續(xù)增長，隨之而來的是日益增加的附件導(dǎo)致電力分配系統(tǒng)超載。大的連續(xù)電力加載正把汽車充電系統(tǒng)推向超載，越來越多和越來越大的耗電設(shè)備所產(chǎn)生的負(fù)載瞬時電壓波動，讓非常復(fù)雜和高度分布的計算網(wǎng)絡(luò)很可能受到破壞。

　　為了看清楚這一點，考察一下典型汽車上的空調(diào)壓縮機以及中等美國家庭中安裝的空調(diào)機的制冷能力，就可以看到車內(nèi)送風(fēng)電機實際上比家用中央加熱系統(tǒng)的耗電要大得多。其它許多車內(nèi)用電設(shè)備也類似。所有這些用電設(shè)備都安裝在非常有限的空間內(nèi)，因而常?！皳肀А睙崃亢驼駝?。

　　超級電容器分布式模塊可以取代兩到三個鉛酸蓄電池，從而為乘用車提供供電解決方案，并且它為電力系統(tǒng)提供了足夠的濾波。在某種程度上說，可以稱之為迫近傾翻點。對于汽車制造商來說，要重新安排PowerNet并把電力分配系統(tǒng)的電壓增加3倍以達(dá)到所提議的42V標(biāo)準(zhǔn)，超級電容器分布式模塊將是必不可少的。單單依靠它的作用就能把本文討論的電力分配系統(tǒng)的電流減少1/3。

　　此外，為了滿足特定功能的要求，一些過渡性系統(tǒng)已經(jīng)向著這個方向發(fā)展，利用超級電容器分布式模塊技術(shù)把本地12V電池供電電壓提升到30V甚至更高；EPS就是這樣一種功能，微型混合動力(與怠速停車系統(tǒng)有關(guān))是在汽車中提供更高電壓的另一個例子。