作者：Chris Levasseur，Vicor 汽車助理研究員

基於電源模組創建 48V 區域架構，解决困擾行業數十年的電源難題

想像一下，您和幾位朋友正駕駛著經濟型轎車去往城市旅行，卻遇到了一段極其糟糕的路面。就在您經歷有史以來最顛簸的旅程時，一輛高檔轎車卻輕鬆地以兩倍的速度駛過。您心想，“那肯定不舒服”，但隨後注意到一個奇怪的現象：這倆轎車在這條糟糕的道路上滑行，車輪吸收了所有的衝擊，而車身竟然在漂浮！隨著每一次顛簸，車輪似乎都能神奇地隨路面起伏而上下移動，宛如私人飛機般巡航。這是怎麼回事？它是怎麼做到的呢？

秘訣在於它採用的主動懸架系統。由於電源方面的挑戰，這種高級功能現時僅在約 10% 的車輛中得到了應用。為了將這項技術推廣到更多的汽車平臺，原始設備製造商需要設計一套更輕、更實惠、更高效的電源系統。Vicor 新推出一款高功率密度車規級電源模組，可以幫助原始設備製造商實現這一突破，解决困擾汽車行業數十年的電源難題。

主動懸架系統的挑戰

主動懸架系統需要複雜的軟體、感測器和機電硬體。這些組件能够即時同步，以提供優質的駕乘體驗。每個車輪都配備了一個可程式設計元件，可以是液壓執行器、電機，或可調節的减震器。這些元件連接到一個監視器（或感測器），它可以檢測到前方道路上的凹凸不平情况，然後“告知”車輛。這樣，車輛就能够根據路面狀況預測性地調整懸架，從而確保司乘人員不會感受到顛簸。這項技術並不新鮮。事實上，它以液壓氣動的形式存在了半個多世紀，並且由以優質音訊聞名的 Bose 公司率先推出。

20 世紀 90 年代，Bose 將一種基於電磁鐵的主動懸架系統安裝在原型車上。這個概念被稱為“Project Sound”，展示了電磁驅動器在高負載應用中的能力，類似於著名的磁懸浮列車。然而，Project Sound 也暴露了主動懸架系統的最大缺陷：電源系統的複雜性和重量。

每個車輪都需要一個重達 90 千克的電磁電機！車重額外新增 360 千克，會顯著降低燃油效率，而且短期內無法實現。此外，12V 電池也無法滿足這種系統的電力需求。

利用現代電氣化電源設計推進主動懸架

到了 2024 年，多家原始設備製造商已經能够使用替代科技模仿與 Bose 相同的駕乘體驗。所有這些設計都大大減輕了電磁系統的重量，但供電和電源轉換設備的重量仍然是一個難題。

雖然汽車製造商可以通過 12V 系統為汽車的主動懸架提供必要的電源，但大多數系統仍然過於笨重，難以廣泛應用。例如，燃油車需要額外的大型輔助電池和專用的 DC-DC 轉換器為主動懸架供電，這會新增近 14 千克的重量，顯然過於沉重。然而，在電動汽車設計中，情况有所不同，因為大型輔助電池是車輛電源系統的基礎，並且可以支持各種其他負載。

輕混合動力汽車是現代高效車輛一個很好的例子，它利用 48V 輔助電池為眾多豪華電子設備和主動懸架系統供電。在這種設計中，輔助電池直接為主動懸架系統提供 48V 電源。然而，大型車輛系統設計的一個缺點是，它們普遍使用的依然是 12V 的母線。這導致車輛中需要額外的 DC-DC 轉換器。此外，主動懸架供電網路（PDN）重約 20 千克，佔據約 18 升的空間。

另一種方法是插電式混合動力汽車中使用的基於 400V 電池的主動懸架系統。在這種情況下，主動懸架系統直接連接到汽車的 400V 電池，這雖然高效，但需要原始設備製造商在整個汽車內部鋪設又重又貴的高壓電纜。此外，使用 400V 電池還會新增維修和急救人員的風險。儘管這種方法有效，但基於 48V 電池的主動懸架系統在短期內更有可能成為行業標準。這種系統由 800V 或 400V 的主電池和 DC-DC 轉換器提供電力。

需要注意的是，將主動懸架系統直接連接到電池的最大優勢之一是能量回收。就像彈簧能够吸收和釋放能量一樣，主動懸架系統也能够吸收能量，並將其儲存在電池中。儘管從技術角度來看，這可以通過 DC-DC 轉換器來實現，但很少有製造商能够設計出瞬態回應足够快、轉換速率和功效足够高的系統，以管理設備與電源之間的雙向功率流動……參見 Vicor。（圖 1）

電源模組與 48V 架構驅動下一代主動懸架

搭載 Vicor 電源模組的新型高性能車輛採用先進的主動懸架供電解決方案。Vicor 的 DC-DC 轉換器不僅能够滿足功率和瞬態回應要求，以優化能量回收，還具備業內最高的功率密度，使原始設備製造商能够在 PDN 設計中減輕重量，節省空間。

Vicor BCM6135 是一款效率高達 98% 的 2.5kW 隔離式固定比率 BCM® 母線轉換器，能够將牽引電池的 800V 電壓轉換為 48V（圖 2）。該轉換器本身具有雙向轉換功能，其電流瞬態回應速率高達 800 萬安培/秒，可完美匹配電動汽車主動懸架系統的功率需求。該系統能够快速捕獲和響應電力需求，在幾分之一秒內提供電力，並且可以在任一方向提供高達 2.5kW 的功率，從而最大限度地提高能量回收率。憑藉極高的轉換速率和無與倫比的效率，BCM6135 可以實現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，其他任何主動懸架供電網路都無法達到如此高的效率水准。

BCM6135 的功率密度高達 158kW/L，為電動汽車系統設計人員提供了一種輕量化、高密度的主 DC-DC 轉換器，能够使用更輕的電纜，從而進一步減輕車重。該設備還可以輕鬆並聯，以獲得更高的功率，為電源系統設計人員提供更大的靈活性和可擴充性。

通過 48V 架構和新型可擴充高功率密度產品進行創新

我們正在進入一個汽車電氣化的新時代，電池驅動汽車與 48V 區域架構相結合，創造了新的創新機會。目前，主動懸架系統僅存在於高檔汽車中，但很快將在普通車型中普及。隨著行業向汽車電氣化轉型，主動懸架系統將像防抱死制動系統一樣，從昂貴的豪華功能轉變為標準配置。Vicor 的電源模組將助力這一目標的實現，通過新發佈的車規級 DC-DC 電源模組 BCM1635 和 48V DC-DC 穩壓器 DCM3735 及 PRM3735（圖 3），為 OEM 提供支援。

Vicor 的新產品套件能够簡化設計，並縮小現有主動懸架系統中供電網路的尺寸。結合 48V 架構，這些先進的電源模組能够最大限度地减少龐大的電力電子設備，並優化能量回收，從而幫助解決存在了幾十年的電源問題。此外，Vicor 實現了 48V 區域架構，這不僅减小了電纜的尺寸，還將主動懸架系統的總重量减少了數公斤。在超重的純電動汽車（BEV）領域，減輕重量無疑是改變遊戲規則的關鍵因素。