用電過載引發汽車電源設計新思考

當EPS工作時，下圖描繪了上述電路引起的PowerNet瞬態波動。注意：當電力分配網絡穩定時，交流發電機提供給電池的最初充電電流。



圖：當EPS被激活時，造成PowerNet的瞬態波動。
　　
在上圖的曲線中，從左到右、從頂向下依次為：交流發電機輸出電流、電池電流、電池電壓、EPS電流和本地ECU端的電壓。注意，在EPS瞬時被激活前，電池需要20A的連續充電電流。在此仿真中，假設電池充電狀態為低，需要充電。關鍵點是ECU終端電壓的高可變性：13.8V到13.2V，再到12.2V，然后，回到13.2V。這是非常具有破壞性的瞬時電壓波動，其波動范圍超過了大型電解濾波電容器的平滑能力。
　　
在汽車電力分配網絡上會出現許多此類瞬時波動現象，以至于汽車電力環境充滿了此類噪聲，讓各種ECU受到電源線上寬范圍的上下波動的影響。


圖：該PowerNet電路為已激活的EPS供電并包含一個超級電容分布式模塊(右上)。
　　
上圖與前一張PowerNet電路圖相同，但是，增加了放置在EPS負載點的超級分布式模塊。這個超級模塊是一個標準的汽車設計產品，它在大的用電負載附近像電池一樣提供穩定和平滑的PowerNet。所有其它地方一樣，存在超級分布式模塊的地方，就可以容易地在PowerNet和ECU電壓上觀察到平滑作用。


圖：當EPS被激活時，超級電容器分布式模塊平滑了PowerNet上的電源波動。
　　
在上圖中可見，配備超級電容器分布式模塊的PowerNet顯示了好得多的響應行為。注意：顯示的刻度發生了變化，電源的變化范圍比沒有采用超級電容器模塊時要小得多。重要的一點是：EPS電流不變，所以，其功能保持不變。超級電容器分布式模塊的突出特征在于：極大地降低了為本地ECU供電的PowerNet的另外一個分支電路的終端電壓上的電源線干擾(右下線跡)。
　　
基于碳超級電容器技術的分布式模塊或本地儲能的好處在于：穩定PowerNet的效率很高，即使在汽車的遠端分支電路中也有助于平滑和穩定電源線。
　　
在不遠的將來，汽車電子功能和特色內容將持續增長，隨之而來的是日益增加的附件導致電力分配系統超載。大的連續電力加載正把汽車充電系統推向超載，越來越多和越來越大的耗電設備所產生的負載瞬時電壓波動，讓非常復雜和高度分布的計算網絡很可能受到破壞。
　　
為了看清楚這一點，考察一下典型汽車上的空調壓縮機以及中等美國家庭中安裝的空調機的制冷能力，就可以看到車內送風電機實際上比家用中央加熱系統的耗電要大得多。其它許多車內用電設備也類似。所有這些用電設備都安裝在非常有限的空間內，因而常常“擁抱”熱量和振動。
　　
超級電容器分布式模塊可以取代兩到三個鉛酸蓄電池，從而為乘用車提供供電解決方案，并且它為電力系統提供了足夠的濾波。在某種程度上說，可以稱之為迫近傾翻點。對于汽車制造商來說，要重新安排PowerNet并把電力分配系統的電壓增加3倍以達到所提議的42V標準，超級電容器分布式模塊將是必不可少的。單單依靠它的作用就能把本文討論的電力分配系統的電流減少1/3。
　　
此外，為了滿足特定功能的要求，一些過渡性系統已經向著這個方向發展，利用超級電容器分布式模塊技術把本地12V電池供電電壓提升到30V甚至更高；EPS就是這樣一種功能，微型混合動力(與怠速停車系統有關)是在汽車中提供更高電壓的另一個例子。