ZHDA289 August   2026 TPS552892-Q1 , TPS61383-Q1

 

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  2.   摘要
  3. 1碰撞电源模块简介
  4. 2CPM 系统方框图和设计要求
    1. 2.1 系统方框图
    2. 2.2 设计要求
    3. 2.3 系统架构
  5. 3超级电容器参数和门锁负载曲线
    1. 3.1 超级电容器参数
    2. 3.2 充电时间要求
    3. 3.3 门锁负载曲线
  6. 4电源管理设计
    1. 4.1 5s 超级电容器设计
    2. 4.2 3s 超级电容器设计
    3. 4.3 1s 超级电容器设计
    4. 4.4 不同设计方案的比较与总结
  7. 5总结
  8. 6参考资料

超级电容器参数

在 CPM 中,超级电容器作为核心储能组件,其选型直接决定了解锁操作的可靠性、及时性和安全性。与锂电池相比,超级电容器基于双层物理储能机制,无需化学反应即可实现毫秒级充放电。其在极端条件下的稳定性和瞬时功率输出能力,更能满足碰撞解锁的核心要求,因此成为该场景的首选储能方案。

选择超级电容器时,关键考虑因素应是解锁所需的能量。首先需要考虑的是超级电容器的电容、电压和数量。考虑到超级电容器的尺寸,通常可选的电容为 25F 和 30F;额定电压为 2.5V、2.7V 或 3V。超级电容器可串联以增加能量,常见串联数量为 1 至 5 颗。能量计算公式为:

方程式 1. E = 1 2 C V 2

以三个 2.7V、25F 超级电容器串联为例,计算可释放的能量。

等效电容:

25F/3 = 8.33F

工作电压范围:

8.1V 至 3V

释放的能量:

方程式 2. E = 1 2 C V 1 2 - V 2 2 = 236 J

当超级电容器放电时,考虑到内部电阻的影响,电压可能降至 3V。因此,工作电压范围为 8.1V 至 3V。在不同电压下,不同容量和串联组合可以满足不同的能量需求。因此,选择超级电容器时,需要根据系统所需能量进行选择,同时留出一定裕量(通常认为约为 30%)。

超级电容器的等效串联电阻 (ESR) 也是影响解锁响应速度的关键因素。碰撞解锁需要驱动门锁电机产生瞬时大电流,而低 ESR 可以减少能量损耗和发热。在汽车级选型中,应优先选择室温下 ESR 小于 30mΩ 的产品,确保瞬时放电电流达到 15A 以上,即使在 -40°C 低温环境中仍能保持超过 10A 的输出能力,以满足门锁电机的正常驱动要求。

在选择型号时,超级电容器必须满足汽车级可靠性和安全标准。CPM 需要在车辆的整个生命周期内正常工作;因此,超级电容器的循环寿命应达到 50 万次以上。温度适应性也至关重要,超级电容器需要覆盖 -40°C 至 105°C 的宽工作温度范围。