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電動交通平臺的電路保護、高速數據和電源轉換解決方案

2021年10月20日 16:01 ? 次閱讀

電動交通和運輸系統對可靠的電路保護、高速通信和緊湊電源轉換解決方案在一系列平臺上的需求正在增長,包括混合動力和電動汽車、公共汽車、中型和重型公路和非公路車輛以及海洋平臺。隨著運輸業向更多的自主控制和電動汽車 (EV) 或混合動力汽車 (HEV) 過渡,對可持續性和安全性的重視不斷提高,從而推動了這些趨勢。因此,新的車輛系統正在出現,逐漸變得更加依賴安全和可持續的車輛運行。

為了確保安全性和可靠性,聯網、電動和自動駕駛汽車的設計者需要各種各樣的電路保護以及通信和電源轉換解決方案,這些解決方案為在具有挑戰性的環境中可靠運行而設計,并經過認證以滿足 AEC-Q200、SAE、USCAR 和其他性能標準。

本文簡要回顧了設計者需要注意的一些電路保護裝置規格。然后介紹了 Bel Fuse 的具體電路保護、連接和電源轉換解決方案,并研究了這些產品在電動交通系統中的應用。

電動車保護組件和標準

為了應對圍繞電動汽車的挑戰,設計人員可以利用一系列具有通過汽車級標準鑒定和認證的電路保護、高速通信和電源轉換解決方案,包括:

  • 通過汽車級標準鑒定的保險絲有插裝式、PC 板安裝式(通孔和表面貼裝)和偏置螺栓配置,為動力系統和子系統進行了優化,另外還有用于輔助應用和附件的保險絲,如駕駛輔助雷達系統、制動泵電機、便攜式充電器、電池系統、信息娛樂系統、攝像頭、可編程照明和動力輔助轉向系統等。此外,特定的應用將需要高浪涌、快速作用、慢跳斷和可恢復的聚合正溫度系數 (PPTC) 保險。
  • 符合 AEC-Q200 標準的電磁干擾 (EMI) 抑制扼流圈,為構成 ADAS 和導航系統、多媒體系統、車聯網 (V2X) 集群以及天線的眾多傳感器子系統過濾噪聲和保護高速數據信號,并為汽車以太網、控制器區域網絡 (CAN) 總線、FlexRay和汽車通用串行總線 (USB) 提供差分噪聲抑制。
  • 完全屏蔽的 RJ45 連接器符合汽車工程師學會 (SAE) USCAR2-6(汽車電氣連接器系統性能規范--第 6 版),讓設計者能用更快更輕的汽車以太網取代 CAN 總線,以支持一系列 ADAS 系統不斷增長的車載計算需求,如駕駛輔助攝像頭和基于雷達的駕駛輔助系統,以及遠程信息處理、媒體轉換器和網關。
  • IP67 認證電源轉換器(包括通過汽車級標準鑒定的電動和混合動力汽車電池充電器)采用具有電隔離的對流或液冷實施方案。

選擇電路保護裝置

要選擇合適裝置,在指定電動交通系統的電路保護裝置時,清楚了解其工作特性是很重要的。一些基本規格包括:

  • 額定電壓:安全工作所允許的最大電壓
  • 額定電流:保險絲在正常工作條件下所能承載的電流,單位為安培 (A)
  • 分斷能力(也稱為分斷額定值或短路額定值):保險絲在其額定電壓下能夠分斷而不被損壞的最大電流;分斷能力必須達到或超過電路的預期最大故障電流
  • 時間電流曲線:定義保險絲是快斷還是慢斷(也稱為延時動作);快速保險絲用于保護速度至關重要的場合;慢速保險絲用于會出現短暫電流激增或過載的應用場合

I2t:一個沒有測試標準的規范

一個值得特別注意的規格是名義熔化等級,I2t(發音為“I 平方 T”)。這是衡量保險絲元件熔化所需能量的指標,這是任何應用中的一個重要保險絲特性。I2t 表示為“安培平方秒”(A2秒)。對設計人員來說,不幸的是,UL/CSA 248 或 IEC127 微型和小型保險絲標準都沒有包括 I2t 的測試程序或測試標準。I2t 的工業標準定義是:

使用恒定直流電 (DC) 在 10In 處測得熔斷 I2t,其中 ln 是保險絲的額定電流。

使用 10In 可能會有問題,并不總是能得出準確的開路時間。尤其是慢速保險絲,可能需要高于 10 倍額定電流的倍數才能得出真正的 I2t 值。由于不同制造商處理這一難題的方式不同,因此設計人員必須清楚了解用于得出特定保險絲 I2t 值的方法。這里有關于這些挑戰的更詳細討論:I2t 釋疑。

快斷和慢斷片式保險絲

汽車導航系統、鋰離子 (Li-ion) 電池管理系統 (BMS)、LED大燈、汽車以太網供電 (PoE)、PoE+和液晶顯示器 (LCD) 的設計者都可以使用基于厚膜技術的表面貼裝片式保險絲獲益,例如 0685P 系列快速保險絲。0685P 系列具有高浪涌電流承受能力。這些符合 AEC-Q200 標準并經 UL 認證的 1206 規格保險絲的額定電流為 2 A 至 50 A,額定電壓(伏特)為交流 (AC) 50 伏和直流 63 伏。0685P3000-01 型的額定電流為 6 A,10In 額定 I2t 為 1.3 A2秒。

對于需要慢速熔斷的設計人員,Bel 提供 C1T 系列 1206 尺寸片式保險絲(圖 1)。這些產品的電流容量從 750 毫安 (mA) 到 8 A,額定電壓為交流或直流 63 伏。0685T6000-01 型的額定電流為 6.0 A,10In 額定 I2t 為 6.0 A2秒。C1T 系列慢速保險絲通過了 UL、CSA 和 CE 認證,并帶有 IEC 60127 小型保險絲 TUV 認證。

Bel Fuse 慢斷 C1T 系列片式保險絲的圖片

圖 1:像慢斷 C1T系列這樣的片式保險絲用于各種汽車應用,在這些應用中,緊湊的外形尺寸非常重要。(圖片來源:Bel Fuse)

可恢復的 PPTC 器件

Bel 提供了兩個 PPTC 器件系列。兩者都符合 AEC-Q 標準,通過了 EN/IEC 60738-1-1 和 EN/IEC 60730-1 的 TUV 認證,并獲得 UL1434 的認可。

  • 0ZRS 徑向引線式 PPTC 的額定電流為 500 mA 至 10 A,最大電壓為 32 VDC,典型額定功率為 0.9 至 7.0 W(圖 2)。例如,0ZRS0100FF1E 的跳斷電流為 1.9 A,保持電流 1.0 A,額定功率 1.4 W。
  • 0ZCG 表面貼裝 PPTC 的額定電流為 100 mA 至 3 A,最大電壓為直流 6 至 60 伏,典型額定功率為 0.8 至 1.3 W。該系列的 0ZCG0110BF2B 器件額定電壓為直流 24 伏,保持電流 1.1 A,跳斷電流為 2.2 A,額定功率 1 W。
Bel Fuse OZRS 徑向引線式 PPTC 的圖片

圖 2:OZRS 徑向引線式 PPTC 的額定電壓為直流 32 伏,最大電流為 10 A。(圖片來源:Bel Fuse)

浪涌電流耐受保險絲

0680L 系列方型 2410 封裝尺寸的表面貼裝陶瓷保險絲具有較高的浪涌電流承受能力(表 1)。這些慢速保險絲是為需要高直流斷路等級和高直流電壓等級的應用設計的。它們的額定電壓最高可達直流或交流 125 伏,提供 375 mA 至 12 A 的額定電流。0680L 保險絲符合 AEC-Q 標準。

測試電流

跳斷時間

最小

最大

100%

4 小時

不適用

200%

不適用

120 秒

300%

0.15 秒

3 秒

800%

0.01 秒

0.1秒

表 1:0680L 系列表面貼裝慢速保險絲的電氣特性。(圖片來源:Bel Fuse)

這些慢速保險絲通常用于 PoE、PoE+、電源和電池充電電路保護;0680L3000-05 的額定電流為 3 A 和 0.81 W,10In 時 I2t 額定 13 A2秒。

快速電動車電源保險絲

設計師可以采用插裝式和螺栓式配置的快速保險絲來保護大功率電池和電動汽車電源轉換器。這些保險絲完全符合歐盟指令 2011/65/EU 和修訂指令 2015/863 的規定。它們的設計符合 UL 248-1 以及 JASO D622 和 ISO8820-8 的可靠性要求。典型應用包括:

  • 主系統保險
  • 充電站
  • 儲能和電池組
  • 配電單元
  • 板載 DC-DC 轉換器
  • 制動泵電機
  • 空調壓縮機電機
  • 電動轉向系統

它們可以處理高達 600 A 的電流,其額定電壓為直流 500 至 1000 伏;0ADAC0600-BE 是一個典型的盒式保險絲,額定 600 mA 和 600 VDC 或 VAC,10In I2t 額定 0.073 A2秒。

電動汽車時滯保險絲

0697W 系列超小型徑向引線時滯保險絲的額定電壓為交流 350 伏或直流 72 伏,額定電流為 1 A 至 6 A,符合 IEC 60127-3 標準(圖 3)。這些保險絲符合 AEC-Q 質量和 Mil-Std 202G 環境標準。

Bel Fuse 0697W 系列保險絲的圖片

圖 3:0697W 系列是符合 AEC-Q 標準的徑向引線高電壓時滯保險絲。(圖片來源:Bel Fuse)

0697W 設備的應用包括 ECU、電機、氣候和通風控制、插頭和點煙器配件、電源插座和線束。例如,0697W2000-02 額定 2 A 和 0.63 W,10In 時 I2t 額定 30 A2秒。

用于高速通信的共模扼流圈

使用以太網、CAN 總線、FlexRay 或 USB 通信總線的汽車信息娛樂、多媒體和 ADAS 系統的設計人員可以采用 Signal Transformer 的 SPDL 系列 AEC-Q200 認證超緊湊共模扼流圈,以抑制差模噪聲(圖 4)。這些緊湊的表面貼裝器件 (SMD) 扼流圈提供四種公制尺寸(2012、3216、3225 和 4532)以及 26 種不同的元件額定。SPDL 系列的額定電流范圍為 150 至 400 mA,阻抗范圍 90 至 2200 歐姆 (Ω)。SPDL3225-101-2P-T 型的額定 150 mA,2200 Ω,電感量為 100 微亨 (μH)。

Signal Transformer SPDL 系列超緊湊 SMD 共模扼流圈的圖片

圖 4:SPDL 系列超緊湊 SMD 共模扼流圈可用于以太網、CAN 總線、FlexRay 或 USB 通信接口。(圖片來源:Signal Transformer)

升級到以太網

由于其更快的傳輸速率和更輕的電纜,在越來越多的電動交通應用中,設計者正在用以太網取代 CAN 總線。Bel Fuse MagJack 汽車以太網單端口集成連接器模塊 (ICM) 將以太網磁解決方案集成到連接器封裝中。這可以得到一個更緊湊的解決方案,并簡化用以太網信號和布線方式升級現有 CAN 總線系統的任務(圖 5)。MagJack 以太網 ICM 的最高工作溫度可達 100℃,與 SAE/USCAR2-6 兼容。這些 ICM 得到了 Broadcom、Intel 和 Marvell 的認可,并與標準的汽車級收發器兼容,進一步簡化了向以太網的轉換。

Bel Fuse MagJack 汽車以太網單端口 ICM 的圖片

圖 5:MagJack 汽車以太網單端口 ICM 具有集成的磁性,以滿足緊湊型解決方案的需要。(圖片來源:Bel Fuse)

比如 A829-1J1T-KM 汽車以太網 ICM,它滿足所有 IEEE 802.3 10/100Base-T 電氣要求。

HEV 和 EV 的電源轉換

Bel Power SoluTIons 為設計者提供了完整的電動交通電源轉換選項,包括 DC-DC 轉換器、雙向 DC-DC 轉換器、車載充電器、輔助逆變器以及將雙向逆變器充電器與兩個 DC-DC 下行轉換器整合在一起的逆變器充電器系統。例如,22 千瓦 (kW) 的 BCL25-700-8 是一款液冷車載電池充電器,用于公路和非公路作業中型和重型平臺的 HEV 和 EV(圖 6)。BCL25-700-8 的特性和規格包括:

  • 單相(交流 190 至 264 伏)或三相(交流 330 至 528 伏)輸入
  • 可以連接到交流電網電源或電動汽車供電設備 (EVSE) 充電站 (EV Std.IEC 61851-1)
  • 在 250 至 800 伏直流電壓范圍內,恒定輸出電流為 60A
  • 最多可以有四個單元并聯放置
  • 符合 IP67 和 IP6K9K 標準
  • IEC 61851-21-1 和 ECE R10.6 認證
  • 符合 SAE J1939 標準的 SAE J1772 和 CAN 接口
  • 有源高壓直流聯鎖監測
  • 滿負荷工作溫度 -40 至 60℃
  • 超溫、過流和輸出過壓保護
Bel Fuse BCL25-700-8 的圖片,這是一款 22 kW 車載液冷電池充電器

圖 6:BCL25-700-8 是一款 22 kW 車載液冷電池充電器,用于公路和非公路作業中型和重型應用的 HEV 和 EV。(圖片來源:Bel Fuse)

結語

要支持下一代聯網、電動且日益自動化的車輛的安全和可持續性要求,將需要各種各樣的電路保護、通信和電源轉換解決方案。如圖所示,設計人員可以方便獲得各種解決方案,包括通過汽車級標準鑒定的電路保護裝置、符合 AEC-Q200 標準的 EMI 抑制扼流圈、符合 SAE/USCAR2-6 標準的全屏蔽 RJ45 以太網連接器以及 IP67 認證的電源轉換器。這些將幫助 HEV 和 EV 設計者應對隨著自主設計發展而出現的許多當前和新興設計挑戰。

編輯:fqj

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發表于 2021-09-20 16:46? 2823次閱讀
汽車芯片有幾種 汽車芯片功能

特斯拉對國產新能源的新一輪打擊要來了

電子發燒友網報道(文/梁浩斌)特斯拉要推出20萬以下車型的傳言早已甚囂塵上,此前業界大多推測這款定位....
發表于 2021-09-17 10:35? 1258次閱讀
特斯拉對國產新能源的新一輪打擊要來了

優化電動汽車的結構性能

優化電動汽車的結構性能以提高效率和安全性迅速增長的全球電動汽車(EV)市場預計到2027年將達到8028億美元。在電池...
發表于 2021-09-17 08:10? 0次閱讀
優化電動汽車的結構性能

充電樁主要特點

背景隨著新能源汽車快速發展,人們對電動汽車也越來越認可,特斯拉、BYD、威馬、蔚來等品牌的電動汽車在我們日常生...
發表于 2021-09-17 07:19? 0次閱讀
充電樁主要特點

Bostik 電池智能膠粘劑解決方案

通過增強性能,提高效率、提升安全和可靠性,Bostik電池系統智能膠粘劑解決方案致力于幫助電動汽車制....
發表于 2021-09-16 14:06? 76次閱讀
Bostik 電池智能膠粘劑解決方案

NVIDIA DRIVE平臺如何用于自動駕駛汽車...

Ali Kani介紹了AI如何用于自動駕駛汽車的所有開發階段——從訓練、測試和驗證汽車深度神經網絡數....
發表于 2021-09-16 11:45? 2004次閱讀
NVIDIA DRIVE平臺如何用于自動駕駛汽車...

立柱式充電樁的設計特點是什么

充電樁是電動力車充電站,是用于新能源電動汽車充電的一種終端設備,是新能源電動汽車快速發展必不可少的基....
發表于 2021-09-16 11:44? 269次閱讀
立柱式充電樁的設計特點是什么

深入解讀?國產高壓SiC MOSFET及競品分析

電子發燒友網報道(文/李誠)工業4.0時代及電動汽車快速的普及,工業電源、高壓充電器對功率器件開關損....
發表于 2021-09-16 11:05? 490次閱讀
深入解讀?國產高壓SiC MOSFET及競品分析

電動汽車無線充電的設計考量-藍牙模塊通信可轉換

     許多業內人士都認為,掌握無線電力傳輸 (WPT) 技術是讓電....
發表于 2021-09-15 19:23? 95次閱讀
電動汽車無線充電的設計考量-藍牙模塊通信可轉換

e絡盟播客節目《創新專家》第三集上線,HIOKI...

本集播客獨家呈現了HIOKI如何打造創新工具與設備來推動電池設計。
發表于 2021-09-15 14:20? 624次閱讀
e絡盟播客節目《創新專家》第三集上線,HIOKI...

電動汽車傳導充電用連接裝置

目前,充電樁的相關標準主要分為三種:國家標準、國家電網標準以及能源局標準三種。1.國家標準2011年國家標準主要分為...
發表于 2021-09-15 09:06? 0次閱讀
電動汽車傳導充電用連接裝置

電動汽車傳導充電系統

1、國家標準:GB/T 18487.1-2015  電動汽車傳導充電系統 第一部分:通用要求GB/T 18487.2-2017 ...
發表于 2021-09-15 08:54? 0次閱讀
電動汽車傳導充電系統

集成電路與半導體

集成電路是一種微型電子器件或部件,它是采用一定的工藝,把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互...
發表于 2021-09-15 06:45? 0次閱讀
集成電路與半導體

電動汽車傳導充電系統

1、國家標準:GB/T 18487.1-2015 電動汽車傳導充電系統 第一部分:通用要求GB/T 18487.2-2017 電動汽車傳導充電...
發表于 2021-09-14 09:18? 0次閱讀
電動汽車傳導充電系統

電動汽車無線充電優化匹配研究

2021年華數杯賽題分析A題 電動汽車無線充電優化匹配研究賽題題目分析/選題建議B題 進出口公司的貨物裝運策略賽題題目...
發表于 2021-09-14 07:21? 0次閱讀
電動汽車無線充電優化匹配研究

電動汽車無線充電優化匹配研究

A 題 電動汽車無線充電優化匹配研究電動汽車以環境污染小、噪音低、能源利用效率高、維修方便等優勢深受消費者青睞。...
發表于 2021-09-14 07:14? 0次閱讀
電動汽車無線充電優化匹配研究

電動汽車充電設備標準化設計方案

1、概述本設計方案充分考慮充電設施運營現狀與發展趨勢,通過規范直流充電設備電氣原理、專用部件設計、通用器件選型、...
發表于 2021-09-14 06:44? 0次閱讀
電動汽車充電設備標準化設計方案

針對電動汽車充電設施的充電接口通信協議

物理接口通訊協議DIN70121、ISO15118、GB/T27930三者都是針對電動汽車充電設施的充電接口通信這種特定應用場...
發表于 2021-09-14 06:34? 0次閱讀
針對電動汽車充電設施的充電接口通信協議

關于壁掛式直流充電樁設計

充電樁和充電槍都是電動汽車充電的基本配套設施,充電樁是電動汽車的加油站,具有計時、計電度、計金額充電....
發表于 2021-09-13 11:36? 109次閱讀
關于壁掛式直流充電樁設計

智能電動車和普通電動車的區別

9月3-5日,德賽西威總裁兼首席執行官高大鵬出席第十七屆中國汽車產業發展(泰達)國際論壇,并參與了以....
發表于 2021-09-13 11:35? 1337次閱讀
智能電動車和普通電動車的區別

充電還是換電?新能源電動汽車走向岔路口

受疫情打擊,傳統汽車行業遭遇低迷,而新能源電動汽車卻逆勢上揚,補電基礎設施建設也隨之成為熱點。 得益....
發表于 2021-09-11 17:43? 646次閱讀
充電還是換電?新能源電動汽車走向岔路口

關于充電樁充電槍一體式設計

隨著社會經濟的發展,越來越多的人開始注重低碳、綠色環保,電動汽車不僅無污染還低碳節省資源,電動汽車是....
發表于 2021-09-11 17:41? 142次閱讀
關于充電樁充電槍一體式設計

德州儀器針對光伏發電系統推出電流電壓采樣解決方案

電力是新基建的共同上游,不管是5G、大數據中心、工業互聯網還是新能源汽車充電樁,這些技術的建設和運行....
發表于 2021-09-11 11:43? 1901次閱讀
德州儀器針對光伏發電系統推出電流電壓采樣解決方案

2040年全球新車銷售電動汽車將占三分之二

由于電池密度和成本的改善、充電站增加,以及政府政策加大了駕駛燃油車的難度,電動汽車的普及正在加快。據....
發表于 2021-09-10 18:13? 336次閱讀
2040年全球新車銷售電動汽車將占三分之二

北京人防工程內安裝充電樁新規范將正式實施

未經許可擅自在人防工程圍護結構上穿墻打洞,出現損傷人防工程防護效能的情況,行為人將受到人防主管部門的....
發表于 2021-09-10 18:12? 305次閱讀
北京人防工程內安裝充電樁新規范將正式實施

關于美標雙頭交流充電槍設計

隨著新能源電動汽車的發展被越來越多的人接受和認可,人們對充電槍、充電樁、充電站等和電動汽車搭配的基礎....
發表于 2021-09-09 11:23? 348次閱讀
關于美標雙頭交流充電槍設計

深度解讀國內外高壓連接器產品

電子發燒友網報道(文/李寧遠)上一期中,聊到了伴隨新能源汽車共同發展的高壓連接器。高壓連接器的發展與....
發表于 2021-09-09 09:23? 326次閱讀
深度解讀國內外高壓連接器產品
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