在12V的基礎(chǔ)上增加48V會帶來重大的好處

需要哪些必要條件

采用48V的方式不僅僅是需要一個新的電池，除了直徑更小的線束和更小的連接器之外，還需要考慮線束彎曲（更細(xì)的線束允許更大的彎曲）、考慮線束絕緣以及其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的變化，提供詳細(xì)的說明。這些都是顯而易見且容易操作的變化，但是由于12V和48V總線并不是相互隔離的，因此需要新的功能模塊來共同管理它們（圖4）。

圖4：兩個電壓總線之間的關(guān)系很復(fù)雜，需要仔細(xì)分析它們共存的意義（來源：TI）

其他不太明顯的變化也是有的，在12V總線上可能出現(xiàn)的高達(dá)30V和40V電壓峰值定制保護(hù)電路，此外在48V總線上的組件額定電壓也要提高，額定電壓較低的組件會發(fā)生斷路，即使是基本的熔斷器（本質(zhì)上是對電流敏感的器件）也對自身承受的電壓有最大的額定值，因此需要在物理和電氣方面進(jìn)行調(diào)整從而適應(yīng)較低的電流（比較容易）和較高的電壓（稍微困難）。同樣保護(hù)電池反向連接的標(biāo)準(zhǔn)組件也是每個電路模塊必不可少的，在主線束意外錯誤連接時需要合理的處理可能產(chǎn)生的更高的反向電壓。

然而真正的挑戰(zhàn)是從電池管理開始，在大多數(shù)系統(tǒng)中這涉及到多個具有相同額定電壓電池的監(jiān)測和管理，但是對于12V/48V這樣的設(shè)計，雖然是兩個非常不同的電壓值，但是從電池管理的角度來看48V和12V更適合在相應(yīng)的情況下共享和交換電能。

集成器件比如ADI開發(fā)的LTC3871芯片就是為這種情況而設(shè)計的（圖5），這種雙向的buck/boost開關(guān)調(diào)節(jié)器（控制器）允許兩個電池通過一個電池轉(zhuǎn)換給另一塊電池，同時向負(fù)載提供能量，它會根據(jù)處理器控制信號來切換buck模式從VHIGH-to-VLOW 以及boost模式從VLOW-to-VHIGH的轉(zhuǎn)換，與此同時其精確的電流回路調(diào)節(jié)可以在兩個方向上傳輸最大的電流。

圖5：ADI公司推出的LTC3871芯片是一款雙向的、降壓/升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器（控制器），允許在兩個電池之間交換能量必要時會向負(fù)載提供能量（來源：ADI）

48V電池本身很特別，原則上它的結(jié)構(gòu)可以由四個12V鉛酸電池串聯(lián)而成，但這樣會占用太多的空間，需要較粗的連接線纜，相反48V電池是一種鋰離子電池，專門設(shè)計來提供這種電壓，其體積與12V電池大致相同。

博世公司（Bosch）為汽車的48V系統(tǒng)提供了一款電池設(shè)計（圖6），尺寸為309mm X 175mm X 90mm，因此可以放置在汽車座椅或后備箱中，它是一個被動冷卻的設(shè)備，不需要風(fēng)扇（否則會造成更高的成本且可靠性降低），也不會產(chǎn)生噪音，這個七公斤中的裝置可以提供高達(dá)13KW的電力，此外它還支持能量回收充電。

圖6：博世（Bosch）生產(chǎn)的這款鋰離子電池（Li-ion unit）是一款可用的48V電池，它可以放置在汽車座椅下面，而且采用被動降溫方式（來源：博世）

總結(jié)

12V電池為汽車工業(yè)提供了良好的服務(wù)，其長期以來的應(yīng)用表現(xiàn)清楚的證明了這一點，然而由于IR損耗、功率損耗等問題這種單一的低壓總線方案已經(jīng)不能滿足當(dāng)今汽車快速增長的電能需求了。

現(xiàn)在的解決方案采用48V補(bǔ)充電池，這并不是“即將到來”的一種預(yù)測，因為它已經(jīng)在很多汽車的動力系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，涉及燃油汽車、微混電動汽車以及純電動汽車，48V方案的使用正在迅速擴(kuò)大，因為它是解決現(xiàn)在電力問題的唯一可行的方法。

采用這種新的解決方案需要新的線纜、連接器、電源管理IC和無源保護(hù)組件，以及48V鋰離子電池。也許在未來的一二十年里12V電池會成為古董車站上的一個亮點，但是在可預(yù)見的未來12V和48V電池將會共存并且相互作用，從而提供更加高效的電力解決方案。