多年來，汽車制造商一直面臨著更大功率需求的挑戰(zhàn)。在早期，汽車使用6V電池供電，直到20世紀(jì)50年代中期，汽車系統(tǒng)演變?yōu)?2V電源，以滿足更大功率的永久需求。汽車制造商不僅需要為車窗、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和座椅預(yù)測新的供電需求，還需要為新型高壓發(fā)動機提供更多的電源。

最近，在CO2排放合規(guī)性的刺激下，OEM制造商不得不重新考慮如何再次為汽車供電。雖然OEM制造商正在推出電動汽車以滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，但沒有統(tǒng)一的方法為電機和車輛的所有子系統(tǒng)供電。

供電需求的急劇增加使得這一不足更加明顯。內(nèi)燃機汽車的功率通常在600W到3kW之間。新型電氣化電動汽車、混合動力汽車和插電式混合動力汽車(xev)都需要3kW到60kW以上的功率，比原功率高5~20倍。

5~20倍的增加會給車輛供電網(wǎng)絡(luò)(PDN)的尺寸、重量和復(fù)雜性帶來很大的壓力。這些需求會對能源效率、可靠性甚至舒適性和安全性產(chǎn)生負面影響，因為尺寸和重量的增加會導(dǎo)致車輛特性的妥協(xié)。如果汽車制造商繼續(xù)采用傳統(tǒng)的供電方式，就沒有足夠的空間來滿足所有的電氣需求。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，他們需要找到一個輕便緊湊的解決方案，不僅可以緩解電源體積的顯著增長，而且具有靈活性，可以在整個產(chǎn)品線中重復(fù)使用。

除了主要的技術(shù)挑戰(zhàn)，OEM制造商也在增加自己的壓力，并承諾在未來10年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品的全面電氣化，盡管如何實現(xiàn)這一目標(biāo)的具體細節(jié)仍然是一個懸而未決的問題。在整個電動汽車市場上，實現(xiàn)電氣化標(biāo)準(zhǔn)化還沒有明確的途徑。因此，盡管OEM制造商可能有相同的目標(biāo)，但他們設(shè)計的PDN將大不相同。

為電氣化化發(fā)展勢頭的馬力。

多年來，電動汽車產(chǎn)量不到全球汽車總產(chǎn)量的1%。瑞士信貸全球汽車研究中心團隊數(shù)據(jù)顯示，這一比例將從2020年的11%飆升至2030年的62%，全球汽車銷量將達到6300萬輛。近一半(2900萬)有望全面實現(xiàn)電氣化。

推動電動汽車爆炸式增長的因素是什么？雖然排放標(biāo)準(zhǔn)和政府激勵措施啟動了這一過程，但正是消費者的欲望帶來了巨大的需求，使得OEM制造商將電動汽車從細分市場推向主流市場。這些OEM制造商現(xiàn)在做出了大膽的承諾。

OEM制造商現(xiàn)在正在為一些最受歡迎和最受歡迎的汽車實現(xiàn)電氣化。通用悍馬、福特新Mache(電動野馬)和旗艦F150輕型卡車(閃電)正在電氣化。由于其令人興奮的性能提升和時尚的設(shè)計，這些車型正在吸引公眾的目光。

這些新車具有更好的快速充電技術(shù)和更低的維護成本，是刺激消費動汽車?yán)寐实拇呋瘎ＯM者看到了價值，所以增長勢頭越來越大。

高風(fēng)險、高性能電氣化挑戰(zhàn)。

汽車平臺的數(shù)量、消費者選擇、不同的動力系統(tǒng)架構(gòu)、電池和充電配置的選擇都增加了汽車電氣化的復(fù)雜性，必須由動力系統(tǒng)設(shè)計師解決。

為了優(yōu)化汽車電氣化，OEM制造商需要提高功率水平，減少供電網(wǎng)絡(luò)的尺寸和重量，提供更好的熱管理和可重復(fù)使用性。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計方法必須從復(fù)雜的定制分立式設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楦　⒏`活、更易于使用、更高密度的模塊化解決方案。

加快電氣化步伐。

OEM制造商必須重新考慮其供電架構(gòu)方案，以實現(xiàn)積極的電氣化目標(biāo)。加速和優(yōu)化電氣化除了找到高效的解決方案外，還必須滿足三個要求。

功率密度：無論是設(shè)計快速跑車、輕型卡車還是家用汽車，OEM制造商都需要在有限的空間內(nèi)提供盡可能多的電源。汽車需要緊湊高效的電源解決方案。

靈活性/可擴展性：許多車輛使用相同的平臺。因此，在修改和共享同一平臺的汽車、小型卡車和SUV的電源時，便捷的電源擴展非常重要。

可重復(fù)使用：為了實現(xiàn)整車電氣化，OEM制造商需要能夠在不同車型之間重復(fù)使用電源設(shè)計，以加快上市過程。

功率密度。

各種xev平臺上使用的電源電子產(chǎn)品的尺寸和重量直接關(guān)系到車輛性能、能源效率和電池續(xù)航里程。OEM制造商更快，OEM制造商正在積極減少其電源電子產(chǎn)品的尺寸和重量，并鼓勵研發(fā)團隊減輕車輛重量。例如，Vicor一個效率為98%的小型母線轉(zhuǎn)換器模塊(BCM6135)重量僅為68克，可輕松與EMI濾波、較小的散熱結(jié)構(gòu)和外殼結(jié)合，取代25公斤的48V電池。在61×35×7mm的小型封裝中，高密度電源模塊將400~800V主電池轉(zhuǎn)換為48V，可提供2kW以上的功率，功率密度超過4.3kW/in3。

靈活性/可擴展性。

OEM制造商的設(shè)計人員盡可能標(biāo)準(zhǔn)化集成在車內(nèi)的子系統(tǒng)，以節(jié)省時間、資金和資源。然而，隨著汽車內(nèi)飾的不同等級，每個子系統(tǒng)都需要不同的設(shè)計。由于汽車電氣化的發(fā)展，供電系統(tǒng)設(shè)計團隊面臨著供電需求不斷變化的挑戰(zhàn)。

例如，一輛貨車的電源要求可能是5kW，但一輛配備短排燈、拖車、犁和交流發(fā)電機的輕型卡車可能需要10kW。利用相同的平臺和一點額外的空間，工程師可以在陣列中快速添加或移除預(yù)審合格的部件，以增加或降低功率。

此外，模塊化設(shè)計還可以通過48V母線實現(xiàn)分布式電源架構(gòu)，提供更高的靈活性。電源模塊可以布置在方便的位置進行局部48V/12V轉(zhuǎn)換，可以靠近儲物箱后面的后備箱，也可以靠近每個輪子。部署模塊化解決方案不僅可以提供設(shè)計靈活性，還可以優(yōu)化電源變化和制造過程。

可重復(fù)使用。

在汽車開發(fā)過程中，最常見的延遲之一是批準(zhǔn)汽車使用的電子部件。有時這個過程可能需要兩到三年才能通過，以獲得單個組件的批準(zhǔn)程序。R&D團隊通常會想辦法重復(fù)使用現(xiàn)有組件，以節(jié)省開發(fā)和審批時間和寶貴資源。

例如，基于分立式DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計的傳統(tǒng)PDN可能由200多個大型組件組成，但Vicor的先進技術(shù)只提供單個高密度電源模塊。對于工程設(shè)計團隊來說，為了實現(xiàn)相同的功能，與200多個獨立組件相比，節(jié)省時間非常顯著。

此外，模塊化方法還允許工程師使用三到四種不同類型的可擴展構(gòu)件模塊，實現(xiàn)約300種供電組合。這種設(shè)計方法可以節(jié)省數(shù)百個小時的時間和資源，幫助OEM制造商在電氣化競爭中處于領(lǐng)先地位。

OEM制造商面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不僅要跨越電氣化終點線，還要完成XEV系列的設(shè)計，帶來長期效益。模塊化電源系統(tǒng)的設(shè)計方法可以在這種重要的市場份額競爭中提供競爭優(yōu)勢。現(xiàn)在需要以全新的結(jié)構(gòu)和拓撲的形式進行創(chuàng)新，既能提供當(dāng)前最高的性能，又能在未來重復(fù)使用和配置。

傳統(tǒng)的電源設(shè)計不能滿足這種程度的靈活性和易用性。對于OEM制造商來說，為了實現(xiàn)積極的電氣化目標(biāo)，最好采用模塊化方法，不僅可以在多個重要層面提供最高性能，還可以幫助他們滿足最復(fù)雜的xev電源需求。