用電附件過(guò)載引發(fā)汽車(chē)電源設計的新思考

在上圖的曲線(xiàn)中，從左到右、從頂向下依次為：交流發(fā)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(shí)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(tài)為低，需要充電。關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)電壓波動(dòng)，其波動(dòng)范圍超過(guò)了大型電解濾波電容器的平滑能力。

　　在汽車(chē)電力分配網(wǎng)絡(luò )上會(huì )出現許多此類(lèi)瞬時(shí)波動(dòng)現象，以至于汽車(chē)電力環(huán)境充滿(mǎn)了此類(lèi)噪聲，讓各種ECU受到電源線(xiàn)上寬范圍的上下波動(dòng)的影響。

圖：該PowerNet電路為已激活的EPS供電并包含一個(gè)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(diǎn)的超級分布式模塊。這個(gè)超級模塊是一個(gè)標準的汽車(chē)設計產(chǎn)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(guān)察到平滑作用。

圖：當EPS被激活時(shí)，超級電容器分布式模塊平滑了PowerNet上的電源波動(dòng)。

　　在上圖中可見(jiàn)，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(fā)生了變化，電源的變化范圍比沒(méi)有采用超級電容器模塊時(shí)要小得多。重要的一點(diǎn)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(gè)分支電路的終端電壓上的電源線(xiàn)干擾(右下線(xiàn)跡)。

　　基于碳超級電容器技術(shù)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(chē)的遠端分支電路中也有助于平滑和穩定電源線(xiàn)。

　　在不遠的將來(lái)，汽車(chē)電子功能和特色內容將持續增長(cháng)，隨之而來(lái)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(chē)充電系統推向超載，越來(lái)越多和越來(lái)越大的耗電設備所產(chǎn)生的負載瞬時(shí)電壓波動(dòng)，讓非常復雜和高度分布的計算網(wǎng)絡(luò )很可能受到破壞。

　　為了看清楚這一點(diǎn)，考察一下典型汽車(chē)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(chē)內送風(fēng)電機實(shí)際上比家用中央加熱系統的耗電要大得多。其它許多車(chē)內用電設備也類(lèi)似。所有這些用電設備都安裝在非常有限的空間內，因而常?！皳肀А睙崃亢驼駝?dòng)。

　　超級電容器分布式模塊可以取代兩到三個(gè)鉛酸蓄電池，從而為乘用車(chē)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(shuō)，可以稱(chēng)之為迫近傾翻點(diǎn)。對于汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，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(mǎn)足特定功能的要求，一些過(guò)渡性系統已經(jīng)向著(zhù)這個(gè)方向發(fā)展，利用超級電容器分布式模塊技術(shù)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(dòng)力(與怠速停車(chē)系統有關(guān))是在汽車(chē)中提供更高電壓的另一個(gè)例子。