如何透過牽引電池供電給非公路用電動車的低功率網路

各大車廠推出的電動車 (EV) 如今已然是全球矚目的焦點。這不僅是因為某些唯美的廣告宣傳起到推波助瀾的作用，更是因為這類汽車採用令人驚艷的當代工程技術。與此同時，全球龐大的電子工程團隊正在幕後默默地貢獻心力。

其中，非公路用車輛 (OHV) 馬不停蹄地穿梭於倉庫、工廠、機場、碼頭和其他許多需要載運貨物、行李和人員的地方，為世界的經濟撐起一片天。雖然這些在倉庫最黑暗角落運作且佈滿灰塵的電動堆高機，不像高速公路上奔馳的流線型運動電動車那麼搶眼，但仍扮演著重要角色 (圖 1)。在設計 OHV 時遇到的挑戰，與開發道路行駛車輛的挑戰一樣艱鉅，甚至可能更加困難。

圖 1：堆高機之類的電動 OHV 在設計上面臨一些艱鉅挑戰。(圖片來源：Komatsu)

一種電壓未必全體適用

在道路行駛的電動車市場中，有個主要趨勢是從 400 V 牽引電池轉向 800 V 系統。從工程設計的角度來看，這無疑是個明智的決策，因為電壓提升時，牽引馬達達到相同功率輸出所需的電流就會減少。這反過來又可降低功率耗散，進而在使用更輕的纜線和更小的馬達時仍可維持效能。當然，這樣做可能需要付出一些代價，比如電壓隔離的要求會提高，但總體來說，轉用 800 V 是個正確的選擇。

雖然 800 V 電源非常適合電動車在高速公路上載運四個人奔馳數百公里，但對於每天在倉庫中行駛幾個小時的電動堆高機，或在機場禁區托運旅客行李的行李車而言，這麼高的電壓幾乎是用不到的。但對電動 OHV 設計人員來說，這是個好消息，因為要在緊湊車輛上找到空間裝入 200 個鋰離子 (Li-ion) 電池，以組成標稱值 800 V 的電池組，是個不小的挑戰。

實際上，電動 OHV 使用較小的牽引電池。根據應用，OHV 的常用的牽引電壓包括 24、36、48、80、96 和 120 V。然而，儘管牽引電壓可能有所不同，但大多數 OHV 都有一個共通點，即透過一個 12 V 的低壓網路供電給 OHV 的燈光、擋風玻璃雨刷、喇叭和通風風扇等零件。

無需使用 12 V 電池

道路行駛電動車一般使用傳統的 12 V 鉛酸電池供電給低壓網路，但 48 V 電池也越來越受歡迎。這樣做完全可行，因為可以將高壓牽引側與低壓網路達到實體隔離。另外，這也表示輔助功能 (如電動轉向或加熱椅) 就無需直接從牽引電池獲取電力，也就不會影響續航里程，因為低壓電池可通過再生煞車來充電。

雖然我們也可以為 OHV 添加 12 V 電池，但在許多情況下這並非最佳解決方案。原因在於電池會佔用空間，還會增加車輛的重量、成本和複雜性。而且在 OHV 應用中，通常只有最低限度的再生煞車對電池充電。在許多情況下，設計人員更傾向於直接從 OHV 的牽引電池獲取電力，以供電給低壓網路。相較於道路行駛電動車，這些重負荷車輛的工作範圍較小，因此牽引電池的耗電量並不是太大問題。

此外，OHV 的牽引電池電壓較低，意味著牽引電路和低功率電路之間的隔離要求相對不那麼嚴格。

堅固耐用的 DC-DC 模組能滿足要求

用牽引電池供電給低壓網路時，需要使用 DC-DC 轉換器將電壓降至 12 V。此類轉換器不僅需要具有較高的效率，以將牽引電池的耗電量降至最低並緩解熱管理問題，而且還要夠緊湊與堅固，才能裝入小型 OHV 的可用空間內，並在嚴苛條件下可靠地運作。

RECOM 現成的 RMOD 系列電源模組就是個不錯的選擇 (圖 2)。這些模組可利用車輛的牽引電池產生低電壓，並提供 400 W 和 600 W 輸出兩種款式。這些模組具有 IP69K 的密封等級，能防水防塵，並且通過 EN60068 認證，可以承受溫度循環、衝擊、耐久性測試、濕度／熱循環、振動、機械衝擊以及鹽霧。此外，電氣隔離能力達 2.5 kV DC，並通過 IEC/EN/UL/CSA 62368-1 認證。

圖 2：RECOM 的 RMOD DC-DC 模組是堅固耐用的解決方案，可利用牽引電池供電給低壓網路。(圖片來源：RECOM)

RMOD400-28-13SW 模組屬於 400 W 系列產品，可接受 16.8 至 56 V 的輸入電壓，並可在 13 V 下輸出 30.8 A。尺寸為 8 x 4.53 x 2.4 in，效率高達 85%。圖 3 顯示出該模組在不同電壓下的效率曲線。另外，該公司也有提供 24 V 輸出款式 (RMOD400-60-24SW)。

圖 3：在此顯示 RMOD400-28-13SW DC-DC 模組在不同輸入電壓下的效率曲線。(圖片來源：RECOM)

600 W 的 RMOD600-80-13SEW 模組，可接受 33.6 至 125 V 的 DC 輸入電壓，並可在 13 V 下輸出 46.2 A。此模組的尺寸和效率與 400 W 款式完全相同。圖 4 顯示出此模組的功率耗散與負載之間的關係。此模組需要適當的熱管理，以便在高輸出負載下調節溫度。

圖 4：在此顯示 RMOD600-80-13SEW DC-DC 模組的功率耗散曲線。(圖片來源：RECOM)

散熱

透過防水防塵的外殼結構，這些裝置可以連接至 OHV 的車身底盤，並在最惡劣情況下可靠運行。這些模組必須安裝在導熱墊上，然後再安裝到可以當作散熱器的底盤構件上。只要確保具有足夠的散熱，可將底板溫度保持在 70°C 以下，此模組就可在封閉式應用中滿載操作。

只要模組的額定輸出電壓相同，就可並聯使用多個模組。然而，因為沒有主動式電流共用，因此設計人員必須瞭解，並聯的單元對總負載電流的貢獻可能是不等的 (圖 5)。

圖 5：RECOM 的 RMOD DC-DC 轉換器可以並聯運作，但前提是要具有相同的額定輸出電壓。(圖片來源：RECOM)

結論

OHV 設計人員可以透過牽引電池，為車輛輔助系統所用的低壓網路供電，就無需使用額外的低壓電池。RECOM 的 RMOD DC-DC 模組提供專為此目的而設計的隨插即用解決方案。這些模組能夠接受多種牽引電池電壓輸入，同時為輔助系統提供穩壓的低漣波 13 V 輸出。