如何利用牽引電池為電動(dòng)非公路車(chē)輛低功率網(wǎng)絡(luò )供電

作者： Steven Keeping

各大汽車(chē)制造商推出了電動(dòng)汽車(chē) (EV)，這深深吸引著(zhù)全世界的目光。其中部分原因是一些華而不實(shí)的廣告宣傳，不過(guò)也是因為這些汽車(chē)是令人印象深刻的現代工程技術(shù)典范。與此同時(shí)，一支由無(wú)名英雄組成的龐大全球電動(dòng)車(chē)隊正在悄然開(kāi)展工作。

所謂的非公路車(chē)輛 (OHV) 在倉庫、工廠(chǎng)、機場(chǎng)、碼頭和其他許多必須運送貨物、行李和人員的地方來(lái)回穿梭，它們支撐著(zhù)世界經(jīng)濟。雖然灰土土的電動(dòng)叉車(chē)在倉庫最陰暗的角落里作業(yè)，并不像高速公路上飛馳的時(shí)尚運動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)那樣魅力四射，但同樣發(fā)揮著(zhù)重要的作用。非公路車(chē)輛的設計挑戰與公路車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的挑戰一樣嚴峻，甚至更加嚴峻。

一刀切的做法

在公路電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中，一個(gè)主要趨勢是從 400 V 牽引電池轉向 800 V 系統。這是一個(gè)明智的工程決策，因為電壓越高，牽引電機輸出相同功率所需的電流就越小。這反過(guò)來(lái)又降低了耗散功率，從而可以使用更輕的電纜和更小的電機，同時(shí)仍能保持性能。雖然我們需要做出權衡取舍，比如更高的電壓隔離要求，但總體而言，改用 800 V 電壓的效果不錯。

雖然 800 V 電源非常適合在高速公路上將四個(gè)人運送到數百公里之外，但對于每天在倉庫里慢吞吞作業(yè)幾個(gè)小時(shí)的電動(dòng)叉車(chē)，亦或是在機場(chǎng)運送旅客行李的行李車(chē)來(lái)說(shuō)，卻幾乎作用不大。這對于電動(dòng)非公路車(chē)輛設計人員來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，因為要在緊湊型車(chē)輛上尋找空間來(lái)放置 200 個(gè)鋰離子 (Li-ion) 電池非常不易。這些鋰離子可組成一個(gè)標稱(chēng) 800 V 電池。

相反，電動(dòng)非公路車(chē)輛使用較小的牽引電池。根據不同的應用，非公路車(chē)輛的常用牽引電壓包括 24 V、36 V、48 V、80 V、96 V 和 120 V。不過(guò)，雖然牽引電壓可能各不相同，但大多數非公路車(chē)輛的共同點(diǎn)是擁有一個(gè) 12 V 的低壓網(wǎng)絡(luò )，為非公路車(chē)輛的車(chē)燈、雨刷、喇叭和通風(fēng)扇等提供電源。

取消 12 V 電池

公路電動(dòng)汽車(chē)通常使用傳統的 12 V 鉛酸電池為低壓網(wǎng)絡(luò )供電，不過(guò) 48 V 電池也越來(lái)越受歡迎。這一點(diǎn)非常有意義，因為這樣可以將高壓牽引側與低壓網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行物理隔離。這也意味著(zhù)電動(dòng)轉向或加熱座椅等輔助功能無(wú)需直接通過(guò)牽引電池獲取電能，因此不會(huì )影響續航里程，因為低壓電池是通過(guò)再生制動(dòng)來(lái)充電。

雖然非公路車(chē)輛上可以加裝 12 V 電池，但在很多情況下并非最佳解決方案。電池需要空間，增加了重量、成本和復雜性，而且在非公路車(chē)輛應用中，通常只有極少的再生制動(dòng)來(lái)保持電池電量。在許多情況下，設計人員會(huì )選擇直接通過(guò)非公路車(chē)輛的牽引電池為低壓網(wǎng)絡(luò )供電。而且，由于與公路電動(dòng)汽車(chē)相比，這些主力的工作范圍問(wèn)題不大，因此牽引電池的電量消耗也無(wú)需過(guò)多擔憂(yōu)。

此外，非公路車(chē)輛的牽引電池電壓較低，這意味著(zhù)牽引電路和低功耗電路之間的隔離規定并不是那么嚴格。

功能強大的 DC-DC 模塊可滿(mǎn)足要求

在通過(guò)牽引電池為低壓網(wǎng)絡(luò )供電時(shí)，我們需要使用 DC-DC 轉換器將電壓降至 12 V。這個(gè)轉換器必須高效，以最大限度地減少牽引電池的耗電量并緩解熱管理問(wèn)題；必須足夠緊湊，以適應小型非公路車(chē)輛上提供的空間；必須足夠堅固，以在惡劣條件下可靠地運行。

[RECOM]的現成 RMOD 系列電源模塊非常滿(mǎn)足要求（圖 1）。這些模塊設計為從汽車(chē)牽引電池產(chǎn)生低電壓，并提供兩種輸出功率：[400 W]和 [600 W]。模塊的密封等級為 IP69K，防塵防水，并通過(guò)了 EN60068 的抗溫度循環(huán)、抗沖擊和耐久性、抗濕度/熱循環(huán)、抗振動(dòng)、抗機械沖擊和抗鹽霧認證。它們還能隔離 2.5 kV 直流電，并通過(guò) IEC/EN/UL/CSA 62368-1 認證。

圖 1：RECOM 的 RMOD DC-DC 模塊是一種堅固耐用的解決方案，能通過(guò)牽引電池為低壓網(wǎng)絡(luò )供電。（圖片來(lái)源：RECOM)

400 W 系列中的 [RMOD400-28-13SW]模塊可接受 16.8 V 至 56 V 的直流輸入電壓，在 13 V 電壓下輸出 30.8 A 電流。模塊尺寸為 8 x 4.53 x 2.4 in.，效率為 85%。圖 2 顯示了不同電壓下模塊的效率曲線(xiàn)。此外，還提供 24 V 輸出的版本 ([RMOD400-60-24SW])。

圖 2：所示為 RMOD400-28-13SW DC-DC 模塊在一定輸入電壓范圍內的效率曲線(xiàn)。（圖片來(lái)源：RECOM)

600 W [RMOD600-80-13SEW] 的直流輸入電壓范圍為 33.6 V 至 125 V，在 13 V 電壓下輸出 46.2 A 電流。模塊尺寸和效率與 400 W 版本相同。圖 3 顯示了模塊功率耗散與負載的關(guān)系。該模塊需要適當的熱管理，以調節高輸出負載時(shí)的溫度。

圖 3：所示為 RMOD600-80-13SEW DC-DC 模塊的功率耗散曲線(xiàn)。（圖片來(lái)源：RECOM)

消除熱量

得益于防水防塵的外殼結構，這些器件可以連接到 OHV 底盤(pán)上，并在最?lèi)毫拥臈l件下可靠運行。模塊必須安裝在散熱墊上，然后再安裝在可充當散熱器的底盤(pán)縱梁上。模塊可用于滿(mǎn)負載的封閉式應用中，前提是冷卻系統足以將底板溫度控制在 70°C 以下。

多個(gè)模塊可以并聯(lián)運行，前提是它們具有相同的額定輸出電壓。不過(guò)，由于不存在有功電流分流，設計人員必須注意并聯(lián)的設備可能會(huì )對總負載電流產(chǎn)生不同的影響（圖 4）。

圖 4：只要額定輸出電壓相同，RECOM RMOD DC-DC 轉換器可以并聯(lián)運行。（圖片來(lái)源：RECOM)

結束語(yǔ)

非公路車(chē)輛的設計人員可以通過(guò)牽引電池為車(chē)輛輔助系統所用的低壓網(wǎng)絡(luò )供電，從而避免額外安裝低壓電池。RECOM 的 RMOD DC-DC 模塊專(zhuān)門(mén)針對此用途提供了即插即用的解決方案。這些模塊可接受一系列牽引電池電壓輸入，同時(shí)為輔助系統提供穩壓、低紋波、13 V 輸出。

審核編輯 黃宇