引言:在 Model Y 的设计畅想中,有一个就是取消 12V 小电池,或者把 12V 小电池在整车里面进行集成。这个集成化的驱动力,主要是尽可能把车辆的空间最大化的利用,其次是随着 L2 和 L2 以上的自动驾驶系统集中化的负载需求导致冗余备份,可能需要把 48V 和高压电池都考虑进来才能符合要求,本文重点探讨一下这个需求。备注:由于目前纯电动汽车的电池系统里面为了装更多的电量,自己空间都不够,所以在短期内都是物尽其用,等到体积能量密度突破一定瓶颈,把 BEV 的大电池包里面放个 12V 电池进去,只是个时间问题。PHEV 的情况和 BEV 也是相似的,电池大到侵占了储物空间,所以短期内诉求不明显。

 

01 在 HEV 里面的集成化

 

 

                                

HEV 的车型是各个车企默默在做,但是目前没有花大力气在说的事情,如果把 48V 系统也看成一种低成本的 HEV 的话,整个市场是慢慢在升级的。这些车由于不需要低压小电池来启动发动机,所以容量越做越小,某种意义上主要是作为整个系统的备份电源,而且都是有一个 DC-DC 把 48V 或者高压电池进行能量转换的,所以在这类电池里面,是最有希望和诉求把两个电池进行集成的。这里用锂电的最大优势是尺寸小和重量轻,最大的瓶颈是成本。 在这个方面,最大的诉求是需要分析未来的 HEV 汽车中对于 12V 系统的负载需求,包括额定电流、需求瞬时功率和工作条件,特别是确定最坏的驾驶

 

情况下的关键负载,来整理 12V 电池和 12V 配电系统的使用限制(这里往往是以电气系统模型来设计的),当然最大的增量就是 EE 架构 Zone 化以后,娱乐系统的核心控制器和自动驾驶控制器两块带来的电力需求,自动驾驶控制器还要分别考虑感知系统的功率需求和执行系统(EPS 和刹车)需要的功率。

 

实际上,我们之前已经在现代 Ioniq Hybrid 和 Kira Niro 的 HEV 平台上,看到了把两个电池整合在一起的实际案例。12V 小电池采用了更轻,更小锂电池以降低油耗,距离比较近,还可以降低 DCDC 和 12V 电池系统的电缆阻抗,所以整个布置低压电池必须靠近 HV 电池(12V 锂离子电池与 HV 电池集成在一个电池框架里面) 

 

图 1 现代的 HEV 锂电化的改造 

 

备注:在这个设计里面,现代用了一个复位按键,在 12V 电池完全放电的情况下,可以让 HV 电池给小电池无脑充电,实际上这里能做的策略很多,采取定时检测可能效果更好一些,保住 12V 小电池电可以让车不至于无法启动

 

图 2 现代的电池框图 

 

如下图所示,主要是分析和分解不同的瞬时负载和持续负载,需要为这个电气系统的运行时间来选定比较合适的策略。

图 3 常规车型的 12V 需求 

 

 

 

02 自动驾驶带来的 12V 负载需求

 

 

                                

如下图所示,目前在面向自动驾驶开发的车辆,一般都至少在 HEV 上做的,其实核心的理由就是 12V 的发电机的功率有一定的限制,而为了保证车辆在运行中转向和制动的(至少这些是必须要准备好的),包括整体的感知、决策过程中需要的 12V 的功率一般比较高,所以即使在 HEV 系统中,我们往往也需要给这套自动驾驶和 ADAS 配置一个独立的电池和独立的 DCDC 补电,以保证整体的运行。 

 

 

图 4 从 HEV 改造的系统 

 

如果有后续更大的需求,我们是否可以把这两个 12V 电池合并成一个,然后分两个独立的 DCDC 配合一个 12V 电源,再配合一个冗余的配电架构来实现整个系统的管理呢? 

 

图 5 采用 12V 电池并把系统集成化 

 

结:我开一个头,主要是就目前 BEV 里面做域控和做自动驾驶有优势的问题,实际上随着电源系统的改造,在 48V/HEV 和 PHEV 里面,整体的架构都是可以复制的。无非是需要把大的电池那个用来做一个冗余的能量单元,在 HEV 电池充电、发动机发电策略等方面都进行调整。