揭秘：长城汽车12V & 48V一级智能配电系统如何实现整车智能化和轻量化

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背景  

长城汽车作为一家全球智能科技公司，打造了以能源、智能化位导向的森林生态体系，确立混动、纯电、氢能三轨并行发展的道路。随着长城汽车在智能驾驶、智能座舱、智能底盘等方面的深入发展，传统12V低压系统需要提升电流输出能力来满足更加智能的控制器系统，电流输出能力的提升必然增加线束线径从而导致整车重量加大。为了实现智能化和整车轻量化的共同发展，长城技术中心开展了低压12V升级到48V的相关验证。

英飞凌作为全球领先的汽车半导体厂商，为客户提供全面的系统级解决方案，同时也结合客户的未来需求提供最新的解决方案。为了更好的了解客户的需求，英飞凌设立应用中心，贴近客户，共同开展新产品、新应用、新技术的相关工作。

基于长城&英飞凌应用中心，长城技术中心和英飞凌共同合作，结合长城汽车的实际需求开发了一款12V&48V一级智能配电测试板。

作者：长城汽车电子电气架构经理  张良

英飞凌应用中心工程师  曾喆

 测试板特性 

• 采用12V&48V供电
• 2路CAN通信，3路LIN通信
• 12V负载输出
  • 10路电子保险丝（efuse）输出
  • 4路智能高边（HSD）输出
  • 1路有刷电机（DC）输出

• 48V负载输出
  • 1路电子保险丝（efuse）输出
  • 2路智能高边（HSD）输出
  • 1路有刷电机（DC）输出
  • 2路无刷电机（BLDC）输出

• 电子保险丝（efuse）保护机制
  • 过压、欠压提前预警和关闭输出
  • 过流提前预警和关闭输出
  • 过温保护和关闭输出
  • 软件可编程自恢复逻辑
  • 故障状态读取和记录

• 电机保护机制
  • 过压、欠压保护
  • 过流保护
  • 故障状态读取和记录

图1 12V&48V混合一级智能配电测试板

 测试板功能介绍 

测试板根据一级智能配电的需求进行设计，在混动车型和纯电车型实现智能化的电子配电方案。

测试板基于传统的12V低压系统，部分大电流负载升级到48V。在保留现有400V/12V DCDC和12V电池的前提下通过添加一个双向12V/48V DCDC进行48V负载测试。48V供电部分采用12V/48V DCDC 和48V 电池。

基于高阶自动驾驶、智能座舱等智能化的趋势，12V的负载输出采用电子保险丝（efuse）代替传统的保险丝。48V的负载输出采用智能高边和智能驱动+mosfet的方式。

图2 12V/48V混合一级智能配电框图

48V供电采用双电源方式分别是12V/48V DCDC和48V电池，12V/48V DCDC和48V电池通过2ED4820进行管理。

• 正常工作情况下左右两路2ED4820打开，12V/48V DCDC给48V负载供电同时给48V电池充电；
• 如果12V/48V DCDC异常，关闭右路2ED4820采用48V电池给48V负载供电；

2ED4820是英飞凌开发的一款适用于12V/24V/48V的智能门级驱动芯片。

• 采用SPI方式控制
• 2ED4820有两路输出驱动，支持背靠背的工作方式
• 工作电压20-70V
• 可配置过流和短路保护
• 可配置过压保护
• 负载断路诊断
• 集成一路电流采集运放

图3 48V主供电框图

随着智能驾驶的提升，线控底盘控制器也会越来越多。为了满足高阶自动驾驶和整车功能安全要求，针对线控制动控制器供电采用双路冗余同时差异化的智能配电输出，采用智能门级驱动+mosfet的方式给IBC1供电，另外一路采用BHT50015给IBC2供电。

图4 IBC供电

测试板集成了两路三相无刷电机（BLDC）驱动分别用于驱动水泵和散热风扇。为了测试对比采用了两款不同的BLDC驱动芯片，两款BLDC驱动都支持48V应用分别是TLE9180和TLE9140。

TLE9140是英飞凌开发的一款满足24V/48V BLDC应用的驱动芯片。

• 工作电压范围8.0V~75V
• 集成BEMF比较器
• 可编程驱动输出
• 过压、欠压、过流、过温等诊断保护机制
• SPI通信
• 开发流程按照ISO26262，满足ASILB的安全关断路径

测试板可以实现12V和48V负载输出电流和电压的实时监控。

12V负载部分采用一个主的2ED2410作为12V的输入，每路12V输出采用电子保险丝（efuse）和智能高边驱动（HSD）。

48V负载部分采用两个主的2ED4820作为48V输入，48V输出采用智能高边和电机驱动芯片。