用电过载引发汽车电源设计新思考

当EPS工作时，下图描绘了上述电路引起的PowerNet瞬态波动。注意：当电力分配网络稳定时，交流发电机提供给电池的最初充电电流。



图：当EPS被激活时，造成PowerNet的瞬态波动。
　　
在上图的曲线中，从左到右、从顶向下依次为：交流发电机输出电流、电池电流、电池电压、EPS电流和本地ECU端的电压。注意，在EPS瞬时被激活前，电池需要20A的连续充电电流。在此仿真中，假设电池充电状态为低，需要充电。关键点是ECU终端电压的高可变性：13.8V到13.2V，再到12.2V，然后，回到13.2V。这是非常具有破坏性的瞬时电压波动，其波动范围超过了大型电解滤波电容器的平滑能力。
　　
在汽车电力分配网络上会出现许多此类瞬时波动现象，以至于汽车电力环境充满了此类噪声，让各种ECU受到电源线上宽范围的上下波动的影响。


图：该PowerNet电路为已激活的EPS供电并包含一个超级电容分布式模块(右上)。
　　
上图与前一张PowerNet电路图相同，但是，增加了放置在EPS负载点的超级分布式模块。这个超级模块是一个标准的汽车设计产品，它在大的用电负载附近像电池一样提供稳定和平滑的PowerNet。所有其它地方一样，存在超级分布式模块的地方，就可以容易地在PowerNet和ECU电压上观察到平滑作用。


图：当EPS被激活时，超级电容器分布式模块平滑了PowerNet上的电源波动。
　　
在上图中可见，配备超级电容器分布式模块的PowerNet显示了好得多的响应行为。注意：显示的刻度发生了变化，电源的变化范围比没有采用超级电容器模块时要小得多。重要的一点是：EPS电流不变，所以，其功能保持不变。超级电容器分布式模块的突出特征在于：极大地降低了为本地ECU供电的PowerNet的另外一个分支电路的终端电压上的电源线干扰(右下线迹)。
　　
基于碳超级电容器技术的分布式模块或本地储能的好处在于：稳定PowerNet的效率很高，即使在汽车的远端分支电路中也有助于平滑和稳定电源线。
　　
在不远的将来，汽车电子功能和特色内容将持续增长，随之而来的是日益增加的附件导致电力分配系统超载。大的连续电力加载正把汽车充电系统推向超载，越来越多和越来越大的耗电设备所产生的负载瞬时电压波动，让非常复杂和高度分布的计算网络很可能受到破坏。
　　
为了看清楚这一点，考察一下典型汽车上的空调压缩机以及中等美国家庭中安装的空调机的制冷能力，就可以看到车内送风电机实际上比家用中央加热系统的耗电要大得多。其它许多车内用电设备也类似。所有这些用电设备都安装在非常有限的空间内，因而常常“拥抱”热量和振动。
　　
超级电容器分布式模块可以取代两到三个铅酸蓄电池，从而为乘用车提供供电解决方案，并且它为电力系统提供了足够的滤波。在某种程度上说，可以称之为迫近倾翻点。对于汽车制造商来说，要重新安排PowerNet并把电力分配系统的电压增加3倍以达到所提议的42V标准，超级电容器分布式模块将是必不可少的。单单依靠它的作用就能把本文讨论的电力分配系统的电流减少1/3。
　　
此外，为了满足特定功能的要求，一些过渡性系统已经向着这个方向发展，利用超级电容器分布式模块技术把本地12V电池供电电压提升到30V甚至更高；EPS就是这样一种功能，微型混合动力(与怠速停车系统有关)是在汽车中提供更高电压的另一个例子。