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48 V低速電動車參考設計 微型交通技術加速發展
[作者 Salvatore Potestia、Ralf Hickl]   2024年03月22日 星期五 瀏覽人次: [1836]

低速電動車(LSEV)是城市地區短距行駛的理想選擇。此外,越來越多的城市對環境保護提出了更嚴格的要求,例如採用交通限制區域的形式,這可能會大幅促進這些車輛的發展。



圖一 : 為了滿足日益增長的需求,未來數年中國低速電動車的產量將會大幅增加。(source:Scharfsinn / Shutterstock;儒卓力)
圖一 : 為了滿足日益增長的需求,未來數年中國低速電動車的產量將會大幅增加。(source:Scharfsinn / Shutterstock;儒卓力)

根據P&S Intelligence預測,全球LSEV市場將從2017年的352億美元增長到2025年的680億美元,中國和印度等人口稠密的國家將占據最大的比例。因此,低速電動車的產量也在增加,例如根據Research In China預測,在2021年至2025年間,中國低速電動車的產量將增加1500萬輛。


輕型交通的多樣性

低速電動車也屬於「微型交通」(micromobility)範疇,涵蓋了各種類型的車輛。它們既可以用作商用車,也可用於城區客運。由於它們的等級低於乘用車,因此有關車輛類型批准的要求與傳統乘用車有很大的不同。


舉例來說,例如LSEV包括電動滑板車、電動自行車和腳踏車等兩輪車輛,也包括兩輪、三輪和四輪貨運自行車在內。後者尤其受到例如快遞員和送貨服務等服務提供者以及家庭的歡迎,因為它們可以在人口稠密的市中心區域快速行動,並可以提供一定的載貨空間。


三輪車輛包括側掛車的個人用摩托車和小型客車,例如比雅久Piaggio Ape三輪貨車。它們適用於客運,例如旅遊業,也可用於郵政服務。


四輪車型則有電動四輪車、小型電動車(例如雷諾的Twizy電動車)和小型電動貨車。根據實際的尺寸和設計,它們可用於各種商業和個人交通應用。


小型LSEV的性能、速度和續航里程

根據車輛類別的不同,低速電動車可以達到不同的速度和額定功率。


輕型且低速的兩輪車最高時速可達25公里,它們的額定功率通常為1 kW;較大型的兩輪車和三輪車的最大額定功率通常為4 kW,最高速度可達時速45公里;低速四輪車也能夠以這一最高速度行駛,但其額定功率可高達6 kW;而重型四輪車的最高速度可達時速90公里,額定功率為15 kW。低速電動車的續航里程因其輸出功率而異,許多電動車一次充電可行駛約150公里。



圖二 : LSEV中的電子功率應用(source:儒卓力)
圖二 : LSEV中的電子功率應用(source:儒卓力)

低速電動車應用的參考設計

基於上述原因,儒卓力汽車業務部門(ABU)看到了低速電動車的龐大潛力。繼成功開發出800 VDC和50 A雙向HV開關參考設計後,儒卓力與威世科技(Vishay)合作,為配備48 V電氣系統的低速電動車開發樣品應用。這些應用包括用於48V電池系統的車載充電器(OBC)和牽引逆變器。設計重點是轉換器的效率、低安裝高度的小型化設計,以及汽車等級品質。


車載充電器

車載充電器的最大充電功率為3.6 kW,其關鍵組件是新型VS-ENM040M60P電源模組、最佳化的功率因數校正(PFC)線圈,以及專為此應用開發的脈衝變壓器。


電源模組整合了半控輸入整流器、一個二極體和一個用於功率因數校正的MOSFET元件,以及用於脈衝變壓器的半橋。採用威世的EMIPAK-1B進行封裝,與採用分立半導體的結構相比,它能夠實現更高的功率密度,其壓接觸點可確保快速組裝,並與印刷電路板牢固連接。



圖三 : 威世VS-ENM040M60P電源模組中的整合元件(source:威世)
圖三 : 威世VS-ENM040M60P電源模組中的整合元件(source:威世)

另外,被動元件也發揮著重要的作用,因為它們的特性是決定電路效率的關鍵因素。例如威世Custom Magnetics的MTBB133971等整合式LLC變壓器用作脈衝變壓器,並且整合了諧振電感器。


牽引逆變器

牽引逆變器的額定功率為15 kW,短期峰值功率為25 kW。功率半導體採用威世的N溝道汽車TrenchFET(PowerPAK 8x8L反向封裝)。這款頂部冷卻封裝能夠提供直接與散熱器進行熱耦合,而不是通過PCB進行冷卻,如此一來,可以降低熱阻並改善散熱效果。


結語

全新低速電動車參考設計為硬體開發人員提供了設計範本,能夠顯著縮短自有電路設計的上市時間,而通過使用新穎的高性能元件,客戶能夠以低成本實現高功率密度電路。


(本文作者Salvatore Potestia1、Ralf Hickl2為儒卓力汽車業務部門(ABU)1業務開發、2產品銷售經理)


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