汽车配电架构发展史—efuse时代来袭

传统的配电架构主要依赖于机械式元器件，比如机械保险丝和继电器，通过插入式或者PCB控制器盒完成电源分配。这种传统的电气架构和控制逻辑相对简单。具体来看，通常包括一级配电和二级配电。一级配电靠近电源，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，仪表盘，或后备箱。

传统的配电盒由机械保险丝和继电器组成，简单成本效益高，但存在一些明显的局限性。比如，保险丝熔断后无法重置，且其熔断时间长，受环境温度和寿命老化影响大，无法实现“什么时候断，什么时候不断” 的精确控制，更无法提供实时监测和故障诊断功能。

随着整车电子电气架构的发展，智能驾驶功能要求越来越高，传统的配电架构已经无法满足现代整车智能化，电动化和互联化的要求。这些不足促使汽车行业向更高效，更可靠，更智能的配电方案转型，从而具有更快的反应速度，更高的保护精度和更全面的监测功能。

传统的机械保险丝和继电器无法满足未来的整车智驾场景，例如：

案例1 主动变道功能：通过车辆的雷达，摄像头等传感器检测周围环境。当系统检测到条件安全时，可自动执行变道操作。如果传感器、摄像头等关键部件供电失效而无法正常工作，可能导致系统无法检测到相邻车道的空闲状态或障碍物，从而引发非预期变道，增加与相邻车道车辆碰撞的风险。

案例2 全速自适应巡航功能：能够在车速0-180km/h的范围内，甚至在城市拥堵路况下，通过自动调整车速来保持与前车的安全距离，从而实现自动排队和跟车。自适应巡航结合了传感器技术，能够感知前方车辆的状态，并通过控制油门和刹车来实现车辆的自动加速，减速和跟车功能。例如，机械保险丝或者继电器配电通道故障无法快速关断，导致同一配电网络中刹车模块突然供电不足而无法正常工作，车辆无法自动调整速度以保持与前车的安全距离，从而造成追尾事故。

案列3 自动解锁功能：在汽车发生碰撞时要求自动解锁车门(法规ECE R94/R95)，一般乘客能够迅速逃生，同时方便救援人员进入车内施救。如果碰撞导致保险丝或者继电器松动或脱落，从而中断供电回路，使得自动解锁功能无法正常工作，严重影响救援。

综上所述，自动驾驶系统（如SAE J3016：2021中定义的Level 3至Level 5级别）和完全线控系统（如线控制动，线控转向）对整车配电网络提出了新需求：1. 配电网络的可用性 fail operational， 2， 故障配电快速隔离 faulty power isolation， 以确保在多点故障情况下仍能保持系统的安全稳定的工作。

德国汽车工业协会在ISO26262的大框架下，2023年4月推出了指导性质的标准VDA 450，旨在提供满足自动驾驶系统及线控系统的整车冗余供电网络的功能安全要求的设计指南。

机械保险丝或者继电器在发生过载或者短路时，可能需要几百毫秒甚至几秒钟的时间才能熔断（如下图），无法满足智能配电快速切断和故障隔离的要求，导致系统供电网络的不稳定性，大大降低了车辆的可靠性和安全性。

智能配电架构通过采用半导体器件(高边开关芯片，efuse芯片，MOSFET)，逐步取代机械保险丝和继电器，实现了设备供电，状态采集，智能检测，故障快速隔离和用电管理的集成化。通过智能化和模块化的设计，实现更高效，安全和灵活的配电网络，提供了系统的可靠性，还降低了线束冗余设计。

同时，智能配电架构从传统的集中式配电逐步转向分布式架构。集中式配电是将电能从电池分配到各个负载系统，而分布式架构则通过多个小配电中心实现区域控制。这种分布式架构能够优化车辆的电气性能，减少线束连接数量，提高系统的可靠性。

电子保险丝是智能配电系统的核心元件，它集成了保护和开关功能，能够实时诊断，自动复位，快速响应，I2t/I-t线束保护，并支持OTA升级。电子保险丝还支持低功耗负载供电和自恢复功能，提升了配电网络的安全性和效率。如下图所示，与传统保险丝相比，电子保险丝能够提供更精确，灵活的保护机制，更好的服务于自动驾驶系统和完全线控系统的配电安全需求。

电子保险丝在未来智能配电架构中扮演了至关重要的角色，通过其高效可靠，精确控制，快速响应，灵活配置，智能监测的特点，显著提升了汽车配电系统的安全性和稳定性，推动了汽车智能驾驶高阶化进程。

随着汽车电动化和智能化程度的提供，电子保险丝的应用场景将更加广泛，如下图所示，其稳定的性能和灵活的配置使其成为汽车智能配电架构的重要组件。