多年來，汽車制造商一直面臨著對更多動力的需求的挑戰(zhàn)。在早期，汽車一直由六伏電池供電，直到 1950 年代中期，汽車系統(tǒng)發(fā)展到 12V 電源以滿足對更多電力的永久需求。汽車制造商不僅必須預(yù)測車窗、轉(zhuǎn)向和座椅的新動力傳輸需求，而且對更多動力的需求對于新的高壓縮發(fā)動機至關(guān)重要。

最近，二氧化碳排放合規(guī)標準促使原始設(shè)備制造商重新考慮如何再次為汽車提供動力。雖然原始設(shè)備制造商正在引入電動汽車以滿足這些標準，但尚未出現(xiàn)一種統(tǒng)一的方法來提供電力，不僅向電機提供電力，而且向車輛中的所有子系統(tǒng)提供電力。

電力需求的大幅增加加劇了這種缺乏清晰度的情況。配備內(nèi)燃機的汽車通常以600W至3kW的電力水平運行。新型電動化 EV、HEV、PHEV 車輛 （xEV） 需要 3kW 至 60kW 以上的功率水平，是功率的 5 至 20 倍以上。

這 5 到 20 倍的增長在增加的尺寸、重量和供電網(wǎng)絡(luò) （PDN） 的復(fù)雜性方面給車輛帶來了巨大的壓力。這些要求會對能源效率、可靠性甚至舒適性和安全性產(chǎn)生負面影響，因為增加的尺寸和重量需要在車輛功能上進行權(quán)衡。如果汽車制造商繼續(xù)采用傳統(tǒng)的電力輸送方法，根本沒有足夠的空間來滿足所有的電氣要求。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，他們需要找到一種解決方案，該解決方案不僅要輕巧緊湊，以減輕功率的大幅增加，而且還要靈活，可以在整個車隊中重復(fù)使用。

除了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)外，原始設(shè)備制造商還加大了壓力，并承諾在未來十年內(nèi)實現(xiàn)其車隊的全面電氣化，盡管如何實現(xiàn)這一目標的具體細節(jié)仍然是一個懸而未決的問題。在整個電動汽車市場實現(xiàn)電氣化標準化沒有明確的途徑。因此，雖然 OEM 可能都到達同一個地方，但他們設(shè)計的 PDN 會有所不同。

推動電氣化勢頭

多年來，電動汽車產(chǎn)量不到全球汽車總產(chǎn)量的1%。根據(jù)瑞士信貸全球汽車研究團隊的數(shù)據(jù)，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。其中，近一半（預(yù)計有2900萬輛）將是全電動的。

是什么推動了電動汽車的爆炸性增長？雖然排放合規(guī)和政府激勵措施開始了這一趨勢，但隨著原始設(shè)備制造商將電動汽車從利基市場轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁?，消費者的需求正在形成巨大的需求。這些原始設(shè)備制造商現(xiàn)在正在做出大膽的承諾。

原始設(shè)備制造商現(xiàn)在正在為一些最受歡迎和最受歡迎的車輛提供電氣化。通用悍馬，新福特Mach E（電動野馬）和現(xiàn)在的旗艦F150輕型卡車（閃電）正在電氣化。這些型號因其令人印象深刻的性能增強和時尚的設(shè)計而受到大眾的關(guān)注。

這些新車具有改進的快速充電技術(shù)和更低的維護和維修成本，是推動消費者需求和增加電動汽車采用的催化劑。消費者看到了價值，因此勢頭正在增長。

高風險、高性能的電氣化挑戰(zhàn)

車輛平臺的數(shù)量、消費者選擇、不同的動力總成架構(gòu)以及電池和充電配置的選擇都增加了電源系統(tǒng)設(shè)計人員在致力于汽車車隊電氣化時必須解決的復(fù)雜性。

為了優(yōu)化車輛電氣化，原始設(shè)備制造商需要提高功率水平，減小供電網(wǎng)絡(luò)的尺寸和重量，并提供更好的熱管理和可重用性。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計方式必須從復(fù)雜的基于分立式的定制設(shè)計過渡到更小、更靈活、更易于使用、更高密度的模塊化解決方案。

加速電動化

為了實現(xiàn)其積極的電氣化目標，原始設(shè)備制造商將需要重新考慮其供電架構(gòu)方法。除了找到高效的解決方案外，為了加速和優(yōu)化電氣化，還需要滿足三大要求。

功率密度：無論是設(shè)計快速跑車、輕型卡車還是家用車，OEM 都需要在有限的空間內(nèi)提供盡可能多的動力。車輛需要緊湊高效的動力解決方案。

靈活性/可擴展性：車隊有許多車輛使用同一平臺，因此在共享同一平臺的轎車、小型貨車、SUV 等之間修改功率時，輕松進行功率縮放至關(guān)重要。

可 重用：為了實現(xiàn)全面的車隊電氣化，OEM 需要能夠在不同車型中重復(fù)使用電源設(shè)計，以加快上市時間。

功率密度

各種xEV平臺中使用的電力電子設(shè)備的尺寸和重量直接影響車輛性能、能源效率和電池續(xù)航里程。原始設(shè)備制造商正在積極減小其電力電子設(shè)備的尺寸和重量，以努力走得更遠，更快，研發(fā)團隊被激勵減輕車輛重量。

Vicor （BCM6135） 的小型、效率僅為 98% 的總線轉(zhuǎn)換器模塊，可輕松與 EMI 濾波、簡化的冷卻結(jié)構(gòu)和外殼捆綁在一起，以取代 25kg 48V 電池。這釋放了相當大的空間和重量，并且可以產(chǎn)生125 - 250歐元的研發(fā)減重獎勵。高密度電源模塊將主 400 – 800V 電池轉(zhuǎn)換為 48V，采用 61 x 35 x 7mm 小型封裝，能夠提供超過 2kW 的功率，功率密度為 》4.3kW/in.3。

靈活性/可擴展性

OEM設(shè)計人員試圖盡可能標準化集成在車輛中的子系統(tǒng)，以節(jié)省時間，金錢和資源。但是，每種都因需要多種設(shè)計的車輛裝飾水平而略有不同。由于車輛電氣化的進步，電力系統(tǒng)設(shè)計團隊面臨著不斷變化的電力輸送要求的挑戰(zhàn)。Vicor 提供的靈活且可擴展的模塊化電源系統(tǒng)設(shè)計方法使設(shè)計人員能夠跨各種動力總成（如 SUV、小型貨車或輕型卡車）實施標準化解決方案。

例如，小型貨車的功率要求可能為 5kW，但為帶有燈條、牽引和犁包以及交流發(fā)電站的輕型卡車供電可能需要 10kW。使用相同的平臺和一點額外的空間，工程師可以快速向陣列添加或移除預(yù)認證部件，以擴大或縮小電源。

模塊化還通過從 48V 總線啟用分布式電源架構(gòu)提供了額外的靈活性。電源模塊可以放置在方便的位置，以進行局部 48V/12V 轉(zhuǎn)換 - 在手套箱后面、后備箱附近或每個車輪旁邊。部署模塊化解決方案不僅可以提供設(shè)計靈活性，還可以更好地簡化電源更改和制造流程。

可重用性

車輛開發(fā)中最常見的延遲之一是車輛中使用的電子元件的資格認證和批準。有時，該過程可能需要長達兩到三年的時間才能對單個組件進行資格認證和PPAP。研發(fā)團隊尋找重用方法，以節(jié)省開發(fā)和認證時間，節(jié)省寶貴的資源。

例如，基于分立式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計的傳統(tǒng) PDN 可以由 200 多個笨重的組件組成，而 Vicor 先進技術(shù)提供單個高密度電源模塊。當一個模塊需要認證時，工程設(shè)計團隊可以節(jié)省大量時間，而同一功能需要 200+ 個單獨的組件。

此外，Vicor 模塊化方法允許工程師僅使用 3 到 4 個各種類型的可擴展構(gòu)建塊模塊，即可實現(xiàn)大約 300 種供電組合。這種設(shè)計方法節(jié)省了數(shù)百小時的時間和資源，使原始設(shè)備制造商在電氣化競賽中處于領(lǐng)先地位。

最后一圈

原始設(shè)備制造商面臨著艱巨的挑戰(zhàn)，不僅要跨越電氣化終點線，還要完成將帶來長期成果的xEV車隊。利用模塊化電源系統(tǒng)設(shè)計方法可以在這場關(guān)鍵的市場份額競爭中提供競爭優(yōu)勢?，F(xiàn)在需要以新的架構(gòu)和拓撲形式進行創(chuàng)新，這些架構(gòu)和拓撲結(jié)構(gòu)在當今提供最高的性能，并且還可以為將來重復(fù)使用和重新配置。

傳統(tǒng)的電源設(shè)計無法滿足這種靈活性和易用性。對于原始設(shè)備制造商來說，實現(xiàn)其雄心勃勃的電氣化目標的最佳方法是采用模塊化方法，在許多關(guān)鍵級別上提供最高性能，并使他們能夠滿足最復(fù)雜的xEV功率需求。

審核編輯：郭婷