如何从牵引电池给电动非公路车辆的低功率网络供电

随着各大汽车制造商纷纷推出各式各样的电动汽车 (EV)，世界的目光也为之所吸引。这在一定程度上归功于一些巧妙的广告宣传，但也因为这些汽车确实是令人印象深刻的当代工程学典范。与此同时，在全球数量庞大的电动无名英雄正悄然进入各种岗位。

所谓的非公路车辆 (OHV) 往来穿梭于仓库、工厂、机场、码头和其他许多必须运送货物、行李和人员的地方，支撑着世界经济。虽然电动叉车经常是满是灰尘， 穿梭在仓库最阴暗的角落，不像在高速公路上飞驰的时尚运动型电动汽车那样光鲜亮丽，但同样发挥着重要的作用（图 1）。非公路车辆的设计挑战与公路车辆开发过程中遇到的挑战一样，甚至更加严峻。

图 1：叉车等非公路电动车辆在设计上面临着一些严峻的挑战。（图片来源：Komatsu）

一刀切不可取

在公路电动汽车领域中，一个主要趋势是从 400 V 牵引电池转向 800 V 系统。这是一个明智的工程决策，因为电压越高，牵引电机输出相同功率所需的电流就越小。这反过来又降低了功率耗散，从而可以使用更轻的电缆和更小的电机，同时仍能保持性能。虽然需要做出一些妥协，比如更高的电压隔离要求，但改用 800 V 电压总体上是好的。

虽然 800 V 电源非常适合在高速公路上将四个人运送到数百公里之外，但对于每天在仓库里慢吞吞作业几个小时的电动叉车，抑或是在机场运送旅客行李的行李车来说，却几乎作用不大。这对于电动非公路车辆设计人员来说是个好消息，因为要在紧凑型车辆上寻找空间来放置构成一个标称 800 V 电池的 200 颗锂离子电芯非常不易。

相反，电动非公路车辆使用较小的牵引电池。根据不同的应用，非公路车辆的常用牵引电压包括 24 V、36 V、48 V、80 V、96 V 和 120 V。不过，虽然牵引电压可能各不相同，但大多数非公路车辆的共同点是拥有一个 12 V 的低压网络，为非公路车辆的车灯、雨刷、喇叭和通风扇等供电。

淘汰 12 V 电池

公路电动汽车通常使用传统的 12 V 铅酸电池为低压网络供电，不过 48 V 电池也越来越流行。这一点非常有意义，因为这样可以将高压牵引侧与低压网络进行物理隔离。这也意味着电动转向或加热座椅等辅助功能无需直接通过牵引电池获取电能，因此不会影响续航里程，因为低压电池是通过再生制动来充电的。

虽然非公路车辆上可以加装 12 V 电池，但在很多情况下并非最佳解决方案。电池需要空间，并会增加重量、成本和复杂性，而且在非公路车辆应用中，通常只有极少的再生制动来保持电池电量。在许多情况下，设计人员会选择直接通过非公路车辆的牵引电池为低压网络供电。而且，由于与公路电动汽车相比，这些重负荷车辆的行驶里程不是什么问题，因此牵引电池的电量消耗也无需过多担忧。

此外，非公路车辆的牵引电池电压较低，这意味着牵引电路和低功耗电路之间的隔离规定并不是那么严格。

功能强大的 DC-DC 模块可满足要求

在通过牵引电池为低压网络供电时，我们需要使用 DC-DC 转换器将电压降至 12 V。这个转换器必须高效，以最大限度地减少牵引电池的耗电量并缓解热管理问题；必须足够紧凑，以适应小型非公路车辆上提供的空间；必须足够坚固，以在恶劣条件下可靠地运行。

RECOM 现成即用的 RMOD 系列电源模块非常适合这些要求（图 2）。这些模块旨在从汽车牵引电池产生低电压，并提供两种输出功率：400 W 和 600 W。这些模块的密封等级为 IP69K，防尘防水，并通过了 EN60068 的抗温度循环、抗冲击和耐久性、抗湿度/热循环、抗振动、抗机械冲击和抗盐雾认证。它们还能隔离达 2.5 kV 的直流电，并通过 IEC/EN/UL/CSA 62368-1 认证。

图 2：RECOM 的 RMOD DC-DC 模块是一种坚固耐用的解决方案，能通过牵引电池为低压网络供电。（图片来源：RECOM）

400 W 系列中的 RMOD400-28-13SW 模块可接受 16.8 V 至 56 V 的直流输入电压，在 13 V 电压下输出 30.8 A 电流。模块尺寸为 8 x 4.53 x 2.4 英寸，效率为 85%。图 3 显示了不同电压下模块的效率曲线。此外，还提供 24 V 输出的版本 (RMOD400-60-24SW)。

图 3：RMOD400-28-13SW DC-DC 模块在一定输入电压范围内的效率曲线。（图片来源：RECOM）

600 W RMOD600-80-13SEW 的直流输入电压范围为 33.6 V 至 125 V，在 13 V 电压下输出 46.2 A 电流。模块尺寸和效率与 400 W 版本相同。图 4 显示了模块功率耗散与负载的关系。该模块需要适当的热管理，以调节高输出负载时的温度。

图 4：RMOD600-80-13SEW DC-DC 模块的功率耗散曲线。（图片来源：RECOM）

消除热量

得益于防水防尘的外壳结构，这些器件可以连接到非公路车辆底盘上，并在最恶劣的条件下可靠运行。模块必须安装在散热垫上，然后再安装到可充当散热器的底盘纵梁上。模块可用于满负载的封闭式应用中，前提是冷却系统足以将底板温度控制在 70°C 以下。

多个模块可以并联运行，前提是它们具有相同的额定输出电压。不过，由于不存在主动均流，设计人员必须注意并联的设备可能会对总负载电流产生不同的影响（图 5）。

图 5：只要额定输出电压相同，RECOM RMOD DC-DC 转换器就可以并联运行。（图片来源：RECOM）

结语

通过从牵引电池给车辆辅助系统所用低压网络供电，非公路车辆设计人员可以避免另外安装低压电池。RECOM 的 RMOD DC-DC 模块专门针对此用途提供了即插即用的解决方案。这些模块可接受一系列牵引电池电压输入，同时为辅助系统提供稳压、低纹波的 13 V 输出。