0 Preface在电子电气架构——01 概述与关键技术中我们回顾了电子电气架构的演进过程当前行业内主流整车厂的技术路径选择以及下一步演进的几个方向。下一代EEA技术演进本文从整车电源架构开始聊一聊近10年左右时间整车低压12V电源拓扑的演变以及一些关键技术的选择。在开始之前我们先明确几个概念整车的低压电来源传统燃油车在发动机运行的时候会带动发电机工作产生12V实际上可能是13.5V-14V供电给汽车的用电器供电在发动机没有工作的时候如果还想使用用电器比如收音机很古老举个例子那么就需要一个备用储能的电源早期是12V铅酸蓄电池在后续汽车行业发展中无论是纯电、混动、增程其实都一样整车的低压电源来源都是两类主电源来自发动机、高压蓄电池DCDC备用电源铅酸蓄电池、锂电池整车配电方案低压电想通过导线给各个用电器供电需要进行配电分配——从主干分出多条支线给用电器。低压电源如上文提到的主备电源通过第一级进行配电分配就是一级配电在早期是通过配电盒实现的现在如果你去看一些燃油车在前机舱仍然有有个黑色的配电盒当然如果你在乘客舱仔细找一找比如主驾侧会发现室内保险丝盒这就是二级配电盒。传统的配电盒由机械保险丝和继电器组成继电器控制配电接通用弱电控制强电保险丝用来保护线束。如果回路中没有保险丝用电器发生短路时流经导线的电流大小超过导线的承载电流导线会发生自燃引发汽车自燃。1 从保险丝盒开始一种传统的配电架构如下所示我们将主电源定义为B1备用电源定义为B2。其中B1可以来源于电动车的动力电池800V/400V通过DCDC降压到12V也可以是发动机带动发电机供电。低压电源无论来源于哪里当高压上电或是发动机工作的时候主电源给备用电源和用电器控制器、执行器供电当主电源不工作的时候并联在一起的蓄电池给需要工作的用电器供电。其中一级配电盒靠近电源给前舱或是大功率用电器供电通常放置于发动机舱中二级配电可以是多个配电盒通常放置于驾驶舱或后备箱当然也取决于蓄电池的个数和布置位置。传统的配电架构一旦主电源或是备用电源故障整车所有用电器都没有供电了在车辆运行时可能造成刹车或是转向功能失效造成行车危险。2 电源冗余与隔离随着功能安全的概念深入汽车行业尤其是底盘和智驾相关功能需要达到ASILD等级对于电源拓扑也提出更高要求——需要两路独立的供电以防止单点失效引起的安全目标违背。这个时候隔离器PNG就应运而生。在上图中我们虽然人为的将电网切分为B1和B2但实际上由于他们是并联在一起的在负载供电的时候并不会真正切分和隔离而PNG真正的将B1和B2隔离开当任一电网故障PNG断开输出保证非故障电网正常。为了保证冗余和隔离有如下几种配电形式2.1 单DCDC隔离器单蓄电池以电动车为例B1和B2通过PNG进行隔离对于有两路供电需求的系统和控制器B1和B2分别给相关的系统供电并且解决了单点失效整个系统断电功能失效的问题。PNG并不是本文的重点所以简要理解PNG主要是监控保护装置监控电源网络安全运行状态对过压、欠压、短路故障的电源回路进行隔离。随着整车功能越来越复杂单蓄电池的功率有限可能需要多个供电来源在整车主电源异常的时候给用电器供电比如如下的双蓄电池双隔离器的方案或者双DCDC双蓄电池方案。这两种拓扑一种采用双份的蓄电池和隔离器一种采用双份DCDC和蓄电池增加了成本以及布置上的困难。2.2 单DCDC隔离器双蓄电池2.3 双DCDC双蓄电池3 区域化电源拓扑3.1 区域化随着电子电气架构迈向中央区域的架构以及eFuse的普及ZCU作为区域网关区域配电控制执行接管了整车的配电从而取消了配电盒。原有的用电器供电从配电盒中引线线径粗且绕线长而从ZCUs就近配电可以大幅度节省线束的长度以及重量这对于电动车来说是一个显著的优化——重量决定了里程、决定了电池成本、决定了整车成本。以小米汽车为例小米汽车技术路线在小米汽车EEA1.0架构中FZCU前区域控制器承担了一级配电的功能而其他区域控制器LZCU/RZCU承担了二级配电的功能。其中FZCU中集成了PNG的功能实现了双路供电的隔离这两路电同时接入二级配电中这样对于整车有两路独立配电的控制器可以由两个区域控制器分别供电满足功能安全需求。3.2 星形拓扑与环形拓扑无论一级配电是由单独的配电盒还是单独的控制器甚至不一定是FZCU再给二级配电盒供电的拓扑结构是一种星型拓扑星型拓扑仍然需要从ZCU上进行配电虽然一定程度上优化了从单一配电盒进行配电的线束长度和重量的问题但是对于FZCU的配电能力要求还是很高所以Tesla率先使用了链式配电的环形拓扑。DC-DC 输出一根贯穿整车的主干电源线所有用电器都就近取电取消PNG但在每个ZCU中集成了背靠背MOS起到隔离的作用即加入FZCU和RZCU之间的线路短路FZCU仍然可以有B1供电RZCU/LZCU可以继续由蓄电池供电同样的对于整车有两路独立配电的控制器可以由两个区域控制器分别供电满足功能安全需求。4 Summary本文主要针对电子电气架构中12V低压电源拓扑的各种形式进行汇总和讨论。当整车迈入中央区域的架构后配电从原来的机械配电盒转移到ZCUs中对ZCU的开发以及eFuse的要求也越来越高后续文章会就配电中的其他考量做进一步的分析。