高密度電源模塊推動(dòng)主動(dòng)懸架技術(shù)日趨成熟

想象一下，您和幾位朋友正駕駛著經(jīng)濟(jì)型轎車去往城市旅行，卻遇到了一段極其糟糕的路面。就在您經(jīng)歷有史以來最顛簸的旅程時(shí)，一輛高檔轎車卻輕松地以兩倍的速度駛過。您心想，“那肯定不舒服”，但隨后注意到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：這輛轎車在這條糟糕的道路上滑行，車輪吸收了所有的沖擊，而車身竟然在漂?。‰S著每一次顛簸，車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(jī)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(tǒng)。由于電源方面的挑戰(zhàn)，這種高級(jí)功能目前僅在約 10% 的車輛中得到了應(yīng)用。為了將這項(xiàng)技術(shù)推廣到更多的汽車平臺(tái)，原始設(shè)備制造商需要設(shè)計(jì)一套更輕、更實(shí)惠、更高效的電源系統(tǒng)。Vicor 新推出一款高功率密度車規(guī)級(jí)電源模塊，可以幫助原始設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)這一突破，解決困擾汽車行業(yè)數(shù)十年的電源難題。

主動(dòng)懸架系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

主動(dòng)懸架系統(tǒng)需要復(fù)雜的軟件、傳感器和機(jī)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(yàn)。每個(gè)車輪都配備了一個(gè)可編程元件，可以是液壓執(zhí)行器、電機(jī)，或可調(diào)節(jié)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(cè)到前方道路上的凹凸不平情況，然后“告知”車輛。這樣，車輛就能夠根據(jù)路面狀況預(yù)測(cè)性地調(diào)整懸架，從而確保司乘人員不會(huì)感受到顛簸。這項(xiàng)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(jì)，并且由以優(yōu)質(zhì)音頻聞名的 Bose 公司率先推出。

20 世紀(jì) 90 年代，Bose 將一種基于電磁鐵的主動(dòng)懸架系統(tǒng)安裝在原型車上。這個(gè)概念被稱為“Project Sound”，展示了電磁驅(qū)動(dòng)器在高負(fù)載應(yīng)用中的能力，類似于著名的磁懸浮列車。然而，Project Sound 也暴露了主動(dòng)懸架系統(tǒng)的最大缺陷：電源系統(tǒng)的復(fù)雜性和重量。

每個(gè)車輪都需要一個(gè)重達(dá) 90千克的電磁電機(jī)！車重額外增加 360千克，會(huì)顯著降低燃油效率，而且短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)。此外，12V 電池也無法滿足這種系統(tǒng)的電力需求。

利用現(xiàn)代電氣化電源設(shè)計(jì)推進(jìn)主動(dòng)懸架

到了 2024 年，多家原始設(shè)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(yàn)。所有這些設(shè)計(jì)都大大減輕了電磁系統(tǒng)的重量，但供電和電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的重量仍然是一個(gè)難題。

雖然汽車制造商可以通過 12V 系統(tǒng)為汽車的主動(dòng)懸架提供必要的電源，但大多數(shù)系統(tǒng)仍然過于笨重，難以廣泛應(yīng)用。例如，燃油車需要額外的大型輔助電池和專用的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器為主動(dòng)懸架供電，這會(huì)增加近 14千克的重量，顯然過于沉重。然而，在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中，情況有所不同，因?yàn)榇笮洼o助電池是車輛電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并且可以支持各種其他負(fù)載。

輕混合動(dòng)力汽車是現(xiàn)代高效車輛一個(gè)很好的例子，它利用 48V 輔助電池為眾多豪華電子設(shè)備和主動(dòng)懸架系統(tǒng)供電。在這種設(shè)計(jì)中，輔助電池直接為主動(dòng)懸架系統(tǒng)提供 48V 電源。然而，大型車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是，它們普遍使用的依然是 12V 的母線。這導(dǎo)致車輛中需要額外的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。此外，主動(dòng)懸架供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）重約 20 千克，占據(jù)約 18 升的空間。

另一種方法是插電式混合動(dòng)力汽車中使用的基于 400V 電池的主動(dòng)懸架系統(tǒng)。在這種情況下，主動(dòng)懸架系統(tǒng)直接連接到汽車的 400V 電池，這雖然高效，但需要原始設(shè)備制造商在整個(gè)汽車內(nèi)部鋪設(shè)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(xiǎn)。盡管這種方法有效，但基于 48V 電池的主動(dòng)懸架系統(tǒng)在短期內(nèi)更有可能成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這種系統(tǒng)由 800V 或 400V 的主電池和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器提供電力。

需要注意的是，將主動(dòng)懸架系統(tǒng)直接連接到電池的最大優(yōu)勢(shì)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(tǒng)也能夠吸收能量，并將其儲(chǔ)存在電池中。盡管從技術(shù)角度來看，這可以通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)，但很少有制造商能夠設(shè)計(jì)出瞬態(tài)響應(yīng)足夠快、轉(zhuǎn)換速率和功效足夠高的系統(tǒng)，以管理設(shè)備與電源之間的雙向功率流動(dòng)。（圖1）

圖1：新的 Vicor BCM6135 能夠?qū)⒅鲃?dòng)懸架系統(tǒng)的尺寸和重量減少 50%，并提供高效能量回收所需的對(duì)稱雙向功率流動(dòng)。由于 BCM6135 具備 800 萬安培/秒的高轉(zhuǎn)換速率，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與直接電纜連接幾乎相同的雙向電力傳輸，從而實(shí)現(xiàn)能量回收，而無需依賴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法達(dá)到如此高的效率水平。

電源模塊與 48V 架構(gòu)驅(qū)動(dòng)下一代主動(dòng)懸架

搭載 Vicor 電源模塊的新型高性能車輛采用先進(jìn)的主動(dòng)懸架供電解決方案。Vicor 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器不僅能夠滿足功率和瞬態(tài)響應(yīng)要求，以優(yōu)化能量回收，還具備業(yè)內(nèi)最高的功率密度，使原始設(shè)備制造商能夠在 PDN 設(shè)計(jì)中減輕重量，節(jié)省空間。

Vicor BCM6135 是一款效率高達(dá) 98% 的 2.5kW 隔離式固定比率 BCM? 母線轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)恳姵氐?800V 電壓轉(zhuǎn)換為 48V（圖 2）。該轉(zhuǎn)換器本身具有雙向轉(zhuǎn)換功能，其電流瞬態(tài)響應(yīng)速率高達(dá) 800 萬安培/秒，可完美匹配電動(dòng)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的功率需求。該系統(tǒng)能夠快速捕獲和響應(yīng)電力需求，在幾分之一秒內(nèi)提供電力，并且可以在任一方向提供高達(dá) 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(zhuǎn)換速率和無與倫比的效率，BCM6135 可以實(shí)現(xiàn)幾乎與直接電纜連接相同的雙向電力傳輸，而無需依賴輔助 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)都無法達(dá)到如此高的效率水平。

圖 2：BCM6135 與 48V 架構(gòu)相結(jié)合，不僅提供最佳性能，還大大減少了主動(dòng)懸架電源系統(tǒng)的尺寸和重量，同時(shí)優(yōu)化了 48V 區(qū)域架構(gòu)。BCM6135 是一款效率高達(dá) 98% 的 2.5kW 隔離式固定比率 BCM? 母線轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)恳姵氐?800V 電壓轉(zhuǎn)換為 48V。

BCM6135 的功率密度高達(dá) 158kW/L，為電動(dòng)汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了一種輕量化、高密度的主 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，能夠使用更輕的電纜，從而進(jìn)一步減輕車重。該設(shè)備還可以輕松并聯(lián)，以獲得更高的功率，為電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更大的靈活性和可擴(kuò)展性。

通過48V架構(gòu)和新型可擴(kuò)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)汽車電氣化的新時(shí)代，電池驅(qū)動(dòng)汽車與 48V 區(qū)域架構(gòu)相結(jié)合，創(chuàng)造了新的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。目前，主動(dòng)懸架系統(tǒng)僅存在于高檔汽車中，但很快將在普通車型中普及。隨著行業(yè)向汽車電氣化轉(zhuǎn)型，主動(dòng)懸架系統(tǒng)將像防抱死制動(dòng)系統(tǒng)一樣，從昂貴的豪華功能轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)配置。Vicor 的電源模塊將助力這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，通過新發(fā)布的車規(guī)級(jí) DC-DC 電源模塊 BCM1635 和 48V DC-DC 穩(wěn)壓器 DCM3735 及 PRM3735（圖 3），為 OEM 提供支持。

圖 3：Vicor BCM6135、DMC3735 和 PRM3735 電源模塊為汽車行業(yè)的功率密度樹立了新的標(biāo)桿。它們共同解決了各種電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)中 800V、400V、48V 和 12V 系統(tǒng)的復(fù)雜轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)。

Vicor 的新產(chǎn)品套件能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并縮小現(xiàn)有主動(dòng)懸架系統(tǒng)中供電網(wǎng)絡(luò)的尺寸。結(jié)合 48V 架構(gòu)，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(shè)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題。此外，Vicor 實(shí)現(xiàn)了 48V 區(qū)域架構(gòu)，這不僅減小了電纜的尺寸，還將主動(dòng)懸架系統(tǒng)的總重量減少了數(shù)公斤。在超重的純電動(dòng)汽車（BEV）領(lǐng)域，減輕重量無疑是改變游戲規(guī)則的關(guān)鍵因素。