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Automotive-Stromversorgungsmodule

Vicor-Leistungsmodule für 48-V-Systeme im E-Auto

16. Oktober 2024, 11:15 Uhr | Irina Hübner

Vicor bringt drei Automotive-Grade-Leistungsmodule für 48-V-Elektrofahrzeug-Systeme auf den Markt. Die Module BCM6135, DCM3735 und PRM3735 verwenden von Vicor entwickelte und AEC-Q100-zertifizierte ICs und haben den PPAP-Prozess mit Automobilkunden erfolgreich durchlaufen.

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»Mit den skalierbaren und flexiblen Miniatur-Leistungsmodulen setzt Vicor einen neuen Standard bezüglich der Leistungsdichte in der Automobilindustrie«, sagt Patrick Wadden, Vice President des Geschäftsbereichs Vicor Automotive. »Unsere Hochleistungswandler eröffnen den Automobilherstellern neue Möglichkeiten, die Größe und das Gewicht der Stromversorgungssysteme im gesamten Fahrzeug zu reduzieren.«

Der 2,5-kW-BCM-Buswandler BCM6135

Der BCM6135 ist ein effizienter 2,5-kW-BCM-Buswandler mit 98 % Wirkungsgrad, der 800 V von der Traktionsbatterie in 48 V umwandelt, um eine Sicherheits-Kleinspannungsversorgung (SELV) für das Fahrzeug bereitzustellen. Die Trennung zwischen Hoch- und Niederspannung erfolgt intern, was den für die DC/DC-Wandlung benötigten Platz erheblich reduziert.

Dank der hohen Leistungsdichte des BCM6135 von 158kW/l können Entwickler von Elektrofahrzeugen die Größe des primären DC/DC-Wandlers reduzieren und das Fahrzeuggewicht senken. Aufgrund seines schnellen bidirektionalen Einschwingverhaltens (current transient response rate) von 8 Megaampere pro Sekunde kann der BCM6135 eine 11 kg schwere 48-V-Batterie ersetzen, indem er als virtuelle 48-V-Batterie im xEV-Fahrzeug dient.

Der 2,0-kW-DCM-DC/DC-Wandler DCM3735

Der DCM3735 ist ein 2,0-kW-DCM-DC/DC-Wandler, der eine ungeregelte 48-V-Eingangsspannung in eine geregelte 12-V-Ausgangsspannung umwandelt. Der DCM3735 verfügt über einen weiten Eingangsspannungsbereich und kann auf seiner im Bereich von 8 bis 16 V einstellbaren Ausgangsspannung in einer Vielzahl von Automobilanwendungen eingesetzt werden. Der DCM3735 hat eine Leistungsdichte von 300 kW/l, was ihn zu einer attraktiven Wahl für Architekturen macht, die eine 48-V-Verteilung auf 12-V-Subsysteme in ECU-Zonen-Anwendungen implementieren.

Der 2,5-kW-PRM-Regler PRM3735

Der PRM3735 ist ein 2,5-kW-PRM-Regler für 48 V mit einem Wirkungsgrad von 99,2%. Mit seiner kompakten Grundfläche und einer Leistungsdichte von 260kW/l spart er Platz und reduziert den Aufwand für die gesamte DC/DC-Stromversorgung. Er eignet sich bestens zur Unterstützung geregelter 48-V-Lasten in neuen Fahrzeugarchitekturen.

Arrays erhöhen die Gesamtleistung

Die neu vorgestellten Vicor-Module lassen sich in mehr als 300 Konfigurationen anordnen und zeichnen sich durch die außerordentliche Flexibilität und Skalierbarkeit für die Anwendung in unterschiedlichsten Fahrzeug-Subsystemen aus. Sie sind enorm effizient bei der Umwandlung von und zu 48 V, was sich aufgrund der aktuellen Transformation 12-V-Systemen zur 48-V-Zonenarchitektur als nützlich erweist.

Alle drei Module können problemlos in einem Array angeordnet werden, um die Versorgungsleistung zu erhöhen und sie verfügen über eine automatische Stromaufteilung, um die optimale Leistung in einem Array zu erzielen. Mit den Modulen lassen sich also komplexe Herausforderungen bei 800-V-, 400-V-, 48-V-, und 12-V-Systemen bewältigen.

Beispiele für Anwendungen mit den neuen Vicor-Leistungsmodulen

Aktive Federung für Elektrofahrzeuge: Der Leistungsbedarf eines aktiven Federungssystems ist zu hoch, um ihn mit 12 V zu decken. Der Wechsel auf einen 48-V-Bus und die Umsetzung mit dem bidirektionalen BCM6135 ist eine effiziente Möglichkeit, hohe Leistung bereitzustellen. Diese Anwendung nutzt auch die hohe Flankensteilheit des BCM6135, da die aktive Federung eine regenerative Stromlast ist, die eine sofortige Umkehr des Stromflusses erfordert, um den regenerierten Strom in die Batterie zurück zu speisen.
Vermeidung oder Reduzierung von Niederspannungsbatterien: Die außerordentliche Flankensteilheit des BCM6135 ermöglicht es, die 48-V-Batterie zu ersetzen – der BCM fungiert als virtuelle 48-V-Batterie im xEV-Fahrzeug und ermöglicht so Kosten- und Gewichtseinsparungen. Da der BCM6135 mit 8,0 MA/s von Null auf Volllast schalten kann, ist er in der Lage, die 800 V der Traktionsbatterie auf 48V herunterzuwandeln und eine Last genauso schnell mit Strom zu versorgen, wie sie Strom von einer zusätzlichen 48-V-Batterie ziehen würde. Kein anderer DC-DC-Wandler kann nach Aussagen von Vicor mit dieser Geschwindigkeit mithalten, so dass Kunden das Fahrzeuggewicht um bis zu 25 kg reduzieren und gleichzeitig die Fahrzeugkosten senken können.
Einführung der 48-V-Zonen-Architektur auf jeder Roadmap: Die neuen Leistungsmodule sind einfach zu konfigurieren, um den Übergang auf die 48-V-Zonenarchitektur zu erleichtern. Der DCM3735 wird zusammen mit dem BCM3735 eingesetzt, um aus dem 48-V-Ausgang des BCM6135 eine geregelte 12-V-Stromversorgung zu erzeugen. Bei Verwendung als Teil der 48-V-Zonenarchitektur kann der DCM3735 dezentral montiert werden, um eine lokale 12-V-Stromversorgung in einer Fahrzeugzone, beispielsweise auf der rechten Seite, zu erzeugen. Mit diesem Ansatz können PDN-Entwickler 12-V-Lasten effektiv unterstützen und gleichzeitig bis zu 90 % der Kosten- und Gewichtseinsparungen erzielen, die sich aus der Umstellung auf einen 48-V-Bus ergeben.
Vorladen vermeidet Stromstöße und spart Gewicht: Das Vorladen ist ein notwendiger Schritt beim Startvorgang. Es verhindert Stromstöße beim Einschalten der Batterie, die die Verbraucher (zum Beispiel Pumpen und Kompressoren) beschädigen könnten. Derzeit erreicht man dies mit Hochspannungsschaltern und Widerständen, die 1 kg wiegen und sehr teuer sind. Die Alternative ist die Verwendung des BCM6135 als primären DC-DC-Wandler und eine der im Fahrzeug installierten Niederspannungsbatterien. Der BCM6135 kann die Leistung der Niederspannungsbatterie auf Hochspannung anheben und die erforderliche Vorladung erreichen, wodurch der herkömmliche Vorladeschütz und der Leistungswiderstand überflüssig werden.

Die neuen Vicor-Leistungsmodule erfüllen das Versprechen der Einführung von 48 V. Ob es um die Umwandlung der Hochvoltbatterie-Spannung auf 48 V geht, um die Bereitstellung von Point-of-load-Leistung von einem 48-V-Bus oder darum, ältere 12-V-Subsysteme in neuen 48-V-Zonenarchitekturen zu integrieren – Vicors leistungsstarke, automobilzertifizierte Leistungsmodule punkten mit hoher Leistungsdichte. Sie reduzieren die Energieverluste und vereinfachen das Design.