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全新 Delta Motorsport 智慧功率密集型電池組
混合動力房車錦標賽首見採用
[作者 Vicor]   2020年11月03日 星期二 瀏覽人次: [8103]

高功率電源密度及多功能性可無需採用車輛交流發電機,不僅減輕了重量,而且提高了可靠性。


頗負盛名的英國房車錦標賽 (BTCC) 是一項始於 1958 年的悠久賽事。30 多輛精心設計的賽車為獲勝競相角逐,令賽事精彩壯觀。2022年,英國房車錦標賽將會增加一個新的項目,並將成為業界首個採用輕度混合動力汽車的大型房車錦標賽。


BTCC 規定,駕駛員可以戰術性地使用馬達提升車輛效能,並提高車輛加速能力。此合約已授予Cosworth Electronics,該公司把這項高度專業化的工作發包給 Delta Motorsport。而Delta Motorsport 同意為這種「戰術提升」設計新的電池組和相關運用之電子產品。



圖一 : Delta Motorsport 負責為英國房車錦標賽的「戰術提升」設計新的電池組和相關電子產品。利用模組化供電網路(PDN),該系統使用 48VDC 電源即可提供極高效能輸出。
圖一 : Delta Motorsport 負責為英國房車錦標賽的「戰術提升」設計新的電池組和相關電子產品。利用模組化供電網路(PDN),該系統使用 48VDC 電源即可提供極高效能輸出。

全新的 48V 鋰離子電池組採用創新型智慧電源管理以及高功率密度 DC-DC 轉換器和穩壓系統。電池組為逆變器-馬達組合供電,並接受其產生的再生電力回充,此高功率密度轉換器解決方案可為汽車的所有電路和設備供電。這種架構實現的功率密度和電源管理水準可去除交流發電機系統,從而進一步減輕重量,提高效能與可靠性。


該系統利用模組化供電網路(PDN)實現了小體積、輕重量和高效能。PDN 採用 48VDC電源,為四個並聯的 DC-DC 轉換器供電,後者共同提供高達 92 安培的 13.8V 穩壓電源(功率約 1.2千瓦)。負載由四個轉換器共擔,儘管只用三個轉換器就可以完全支援負載但使用 N+1 四個轉換器則提供了航空級冗餘。


混合動力系統的三相無刷馬達透過雙向逆變器連接電池,雙向逆變器將電池電源輸送至馬達,並將馬達產生的再生電力回充到電池。


在前往啟始維修道的限速行駛過程中,馬達以純電動模式(僅馬達,無內燃機)驅動車輛,然後當駕駛員要在比賽中提升效能時,馬達以輕度混合動力模式(與內燃機一起)驅動車輛。


創新型電池組智慧與管理


電池組包括電池管理系統,該系統可控制所有電池電壓,並確保電池在與馬達-逆變器控制器通訊的同時,隨時處理可能出現的最大充電和放電電壓。該系統根據電池充電狀態(SoC),不斷運算並向控制器更新電池能提供或接受的電流量。在低SoC下必須降低功率需求,而在高SoC下必須限制再生發電。


該系統還可即時監控所有電池的溫度,並將結果回饋到可用的功率運算中。此外,如果出現問題,它可以打開接觸極,安全地與電池組隔離。



圖二 :  Delta Motorsport設計的供電網路使用 48VDC電源,為四個並聯的 DC-DC 轉換器供電,後者共同提供高達 92 安培的 13.8V 穩壓電源(功率約 1.2千瓦)。負載由四個轉換器共擔,儘管只用三個轉換器就可以完全支援負載但使用 N+1 四個轉換器則提供了或航空級冗餘。
圖二 : Delta Motorsport設計的供電網路使用 48VDC電源,為四個並聯的 DC-DC 轉換器供電,後者共同提供高達 92 安培的 13.8V 穩壓電源(功率約 1.2千瓦)。負載由四個轉換器共擔,儘管只用三個轉換器就可以完全支援負載但使用 N+1 四個轉換器則提供了或航空級冗餘。

該電池管理系統支援資料日誌和診斷,以記錄DC-DC轉換器的效能。這不僅能檢查故障狀態,還可提供有關所有車輛上輸送的準確電流量的回授。


DC-DC 轉換器電源模組

DC-DC轉換器電源系統使用四個Vicor DCM3623 隔離式穩壓 DC-DC 轉換器ChiP電源模組,從電池組提供 13.8V 穩壓輸出,電流最高可達 92安培。由於其小巧纖薄的外形,它們在安裝後與電池單元之間延伸的微孔冷卻板直接熱接觸。


白板鏈路


圖三 :  該系統利用內建 48VDC電源的模組化供電網路 (PDN) 實現了小體積、輕重量和高效能。48V電源為四個並聯的 DC-DC 轉換器供電,後者共同提供高達 92 安培的 13.8V 穩壓電源(功率約 1.2 千瓦)。
圖三 : 該系統利用內建 48VDC電源的模組化供電網路 (PDN) 實現了小體積、輕重量和高效能。48V電源為四個並聯的 DC-DC 轉換器供電,後者共同提供高達 92 安培的 13.8V 穩壓電源(功率約 1.2 千瓦)。

由Delta Motorsport設計的Vicor供電網路

將最大體積留給供電的電池單元而不是電源電子產品,這一點至關重要。因此,Vicor供電網路展現出了重大的優勢,DCM模組的可擴充性和易於並聯實現了模組化電源架構,讓 Delta 在不犧牲功率的前提下將 DC-DC PDN 客製化為他們所需的小尺寸。


Vicor模組化電源元件在初始的電池組測試中表現優異,無需降轉運行,也沒有任何電壓驟降問題。未來的電動汽車將不可避免地需要更小、更輕及更有效率的電源電子產品來滿足日益成長的效能需求。隨著製造商轉而採用48V 電池來處理這種高功率,Vicor模組化方法可以透過更小、更輕的纜線和連接器來提高供電網路效率,從而降低功耗和重量。


Delta Motorsport還採用了Vicor PI3105,這是一種用於不斷電供應系統(UPS)的小型 60W 隔離式轉換器。它能向電池組電子設備供電,以便在與車輛電源隔離時維持安全系統。UPS還允許電子設備的供電獨立於車輛,以實現系統檢查的遠端連接。


「英國房車錦標賽……啟動您的混合動力引擎」!


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