新能源汽车48V系统

[导读]Technavio公司于数日前发布了一份2017-2021年度汽车48V系统全球市场的调研报告。据Technavio最新报道显示，汽车48V系统的全球市场在预测期（2017-2021）内的复合年增长率（CAGR）激增89%。刷微信的时候无意间看到这样一个算是过时的新闻吧，于是了解...

Technavio公司于数日前发布了一份2017-2021年度汽车48V系统全球市场的调研报告。据Technavio最新报道显示，汽车48V系统的全球市场在预测期（2017-2021）内的复合年增长率（CAGR）激增89%。
刷微信的时候无意间看到这样一个算是过时的新闻吧，于是了解了一下新能源汽车的48V系统。
1. 为什么会有48V系统
1988年SAE就提议把标准电压提高到42V，由于汽车零部件替换的费用高昂，所以汽车企业没有积极推进实施。2011年Audi，BMW，Daimler，Porsche，Volkswagen共同提出48V系统，并形成了48V系统规范LV148。图1 LV148规定的电压范围(from LV148)
无论42V还是48V，都是以60V的安全电压为基准，因为60V以下的电压不需要采取额外的安全防护措施。其实汽车12V系统至今已经60多年，那为什么欧美的汽车企业要提出48V系统？

可以将传统发动机上的高负载附件电动化，且支持更大功率的车载设备。
工作电压由12V提高至48V，损耗减小，线束线径减小。
相对于12V怠速启停系统，48V更节能。

48V系统的优点还有很多，但是完全由12V系统切换到48V系统，代价比较大，因为要更换的电气元件比较多。在2018年及以前，传统主流节能技术在12V系统上能够达到油耗目标值要求，更换48V系统的需求较小；2018年以后，全面升级48V系统虽能提高节能效果，但是成本高昂，技术周期长，其未来的发展前景十分黯淡（中汽研）。基于以上原因，“12V 48V轻混系统”就受到了青睐。
2. 48V轻混系统构架48V轻混系统简单理解就是由BSG，48V蓄电池，12V蓄电池和DCDC变换器构成，如图2所示。
图2 48V轻混系统示意图(from reference 1)
图3是Delphi的48V轻混系统。图3 Delphi48V轻混系统
图4是AVL的48V轻混系统。图4 AVL48V轻混系统
3. 48V轻混系统BOM成本下图数据来自Infineon，在ICE上增加48V轻混系统，电子元器件的BOM成本从$339增加到$415。但是在PHEV或者HEV中，由于增加了Inverter、DCDC和OBC，BOM成本增加了$370。不知道我们做的Inverter、DCDC、OBC能卖多少钱，不过严格的成本管控估计也是趋势。From Infineon “Automotive conference Call”

4. 48V/12V DCDC
48V轻混系统中有一个48V转12V的DCDC模块，一般来说，这个DCDC会采用Buck-Boost电路。这个拓扑本身没啥好说的，但是Intersil的这款芯片还是让我震惊啊！ISL78226专门应用于48V轻混系统的DCDC转换器，6-Phase 12V/48V Bidirectional Synchronous PWM Controller。以下图片来自ISL78226 datasheet。
典型应用电路如下图所示，最多支持6相交错控制。Multiphase Interleaving Control

这种控制方法的优势很明显，尤其是对于磁性器件。

交错控制使得电流纹波很小，从而减小了输入电容和输出电容
回路的等效电感更小，使得响应速度更快
在大电流场合可以在每一相使用小电感代替整个大电感，无论在成本、体积还是重量等方面都会有优势。

再来回味一下这个芯片的主要功能：The ISL78226 is a 6-phase, bidirectional, synchronous PWM controller designed to perform power conversion between 12V and 48V buses up to 3.75kW at >95% conversion efficiency. One ISL78226 supports both Buck and Boost power conversion enabling a compact and robust design with minimum components.ISL78226 regulates both voltage and current to control power transfer from bus to bus. The multiphase architecture uses interleaved timing to support up to six parallel power stages per ISL78226. By interleaving the power stages, the ripple frequency is multiplied, reducing input and output ripple voltage and current. Lower ripple results in fewer input/output capacitors and therefore, lower component cost and smaller circuit implementation.A PMBus interface provides system control and diagnostics to support functional safety requirements. This digital interface offers the system controller the ability to program operating modes, voltage and current limit warning, protection thresholds, individual fault response, and rapid fault condition detection.从功能到功能安全，还满足AEC-Q100，硬件工程师是不是有种被砸饭碗的感觉？不得不说半导体的进步对硬件工程师的影响是深远的，把硬件工程师从分立元器件中解放出来，这就要求硬件工程师对系统需求，功率器件以及功率器件集成有更加透彻的理解。Reference[1] Exploring the Opportunity Space For High-Power Li-Ion Batteries in Next-Generation 48V Mild Hybrid Electric Vehicle

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