用電過載引發(fā)汽車電源設(shè)計(jì)新思考

當(dāng)EPS工作時(shí)，下圖描繪了上述電路引起的PowerNet瞬態(tài)波動(dòng)。注意：當(dāng)電力分配網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時(shí)，交流發(fā)電機(jī)提供給電池的最初充電電流。



圖：當(dāng)EPS被激活時(shí)，造成PowerNet的瞬態(tài)波動(dòng)。
　　
在上圖的曲線中，從左到右、從頂向下依次為：交流發(fā)電機(jī)輸出電流、電池電流、電池電壓、EPS電流和本地ECU端的電壓。注意，在EPS瞬時(shí)被激活前，電池需要20A的連續(xù)充電電流。在此仿真中，假設(shè)電池充電狀態(tài)為低，需要充電。關(guān)鍵點(diǎn)是ECU終端電壓的高可變性：13.8V到13.2V，再到12.2V，然后，回到13.2V。這是非常具有破壞性的瞬時(shí)電壓波動(dòng)，其波動(dòng)范圍超過了大型電解濾波電容器的平滑能力。
　　
在汽車電力分配網(wǎng)絡(luò)上會(huì)出現(xiàn)許多此類瞬時(shí)波動(dòng)現(xiàn)象，以至于汽車電力環(huán)境充滿了此類噪聲，讓各種ECU受到電源線上寬范圍的上下波動(dòng)的影響。


圖：該P(yáng)owerNet電路為已激活的EPS供電并包含一個(gè)超級(jí)電容分布式模塊(右上)。
　　
上圖與前一張PowerNet電路圖相同，但是，增加了放置在EPS負(fù)載點(diǎn)的超級(jí)分布式模塊。這個(gè)超級(jí)模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)品，它在大的用電負(fù)載附近像電池一樣提供穩(wěn)定和平滑的PowerNet。所有其它地方一樣，存在超級(jí)分布式模塊的地方，就可以容易地在PowerNet和ECU電壓上觀察到平滑作用。


圖：當(dāng)EPS被激活時(shí)，超級(jí)電容器分布式模塊平滑了PowerNet上的電源波動(dòng)。
　　
在上圖中可見，配備超級(jí)電容器分布式模塊的PowerNet顯示了好得多的響應(yīng)行為。注意：顯示的刻度發(fā)生了變化，電源的變化范圍比沒有采用超級(jí)電容器模塊時(shí)要小得多。重要的一點(diǎn)是：EPS電流不變，所以，其功能保持不變。超級(jí)電容器分布式模塊的突出特征在于：極大地降低了為本地ECU供電的PowerNet的另外一個(gè)分支電路的終端電壓上的電源線干擾(右下線跡)。
　　
基于碳超級(jí)電容器技術(shù)的分布式模塊或本地儲(chǔ)能的好處在于：穩(wěn)定PowerNet的效率很高，即使在汽車的遠(yuǎn)端分支電路中也有助于平滑和穩(wěn)定電源線。
　　
在不遠(yuǎn)的將來，汽車電子功能和特色內(nèi)容將持續(xù)增長，隨之而來的是日益增加的附件導(dǎo)致電力分配系統(tǒng)超載。大的連續(xù)電力加載正把汽車充電系統(tǒng)推向超載，越來越多和越來越大的耗電設(shè)備所產(chǎn)生的負(fù)載瞬時(shí)電壓波動(dòng)，讓非常復(fù)雜和高度分布的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)很可能受到破壞。
　　
為了看清楚這一點(diǎn)，考察一下典型汽車上的空調(diào)壓縮機(jī)以及中等美國家庭中安裝的空調(diào)機(jī)的制冷能力，就可以看到車內(nèi)送風(fēng)電機(jī)實(shí)際上比家用中央加熱系統(tǒng)的耗電要大得多。其它許多車內(nèi)用電設(shè)備也類似。所有這些用電設(shè)備都安裝在非常有限的空間內(nèi)，因而常?！皳肀А睙崃亢驼駝?dòng)。
　　
超級(jí)電容器分布式模塊可以取代兩到三個(gè)鉛酸蓄電池，從而為乘用車提供供電解決方案，并且它為電力系統(tǒng)提供了足夠的濾波。在某種程度上說，可以稱之為迫近傾翻點(diǎn)。對(duì)于汽車制造商來說，要重新安排PowerNet并把電力分配系統(tǒng)的電壓增加3倍以達(dá)到所提議的42V標(biāo)準(zhǔn)，超級(jí)電容器分布式模塊將是必不可少的。單單依靠它的作用就能把本文討論的電力分配系統(tǒng)的電流減少1/3。
　　
此外，為了滿足特定功能的要求，一些過渡性系統(tǒng)已經(jīng)向著這個(gè)方向發(fā)展，利用超級(jí)電容器分布式模塊技術(shù)把本地12V電池供電電壓提升到30V甚至更高；EPS就是這樣一種功能，微型混合動(dòng)力(與怠速停車系統(tǒng)有關(guān))是在汽車中提供更高電壓的另一個(gè)例子。