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48V輕度混合系統的出現
本篇我們從架構的角度深入探討輕度混合動力汽車(MHEV)與傳統內燃機汽車兩者之間的一些關鍵差別

 2018-10-24

內燃機(ICE)汽車的日子快要到頭了。鑒於有相當數量的大城市甚至一些國家已經在討論在未來15-20年內禁用所有柴油車和汽油車,您有這種想法也是情有可原。但將所有汽車都換成電動汽車真有那麼容易?當然不是。如果每個人都駕駛一輛價格不菲的特斯拉,希望我們不會撞上行人或騎行者,因為電動汽車極其安靜。

拋開玩笑不談,諸多挑戰阻礙了電動汽車(EV)的快速普及,從汽車成本、充電基礎設施、發電需求、里程焦慮到消費者行為和態度,再到新技術以及法律和保險問題。這些問題可能需要十年或二十年時間才能完全解決,同時限制二氧化碳(CO2)排放的法規也迫使汽車製造商推出經濟高效而又實用的其他解決方案。

在我的上一篇中,我曾經簡單陳述過,輕度混合動力(MHEV)和全混合動力(HEV)汽車是向整車電氣化邁進的鋪路石。這主要是因為全電動汽車的電池成本很高,而且製造商還承受著時間壓力。雖然電池價格在逐步降低(根據美國能源部統計,每年降低大約8%),大眾市場電動汽車並不是二氧化碳排放監管機構尋求的短期解決方案,特別是在歐洲和中國。

MHEV與內燃機汽車的差別
輕度混合動力汽車(MHEV)與傳統內燃機汽車有何差別?首先,圖1突出顯示了MHEV中的主要系統變化。傳統汽車和輕度混合動力汽車之間最明顯的差別是增加了48伏特電池。



圖1: 48伏特架構

48伏特電池旨在提供高耗電量應用所需的更多電源,並且減小系統中的電流。這樣可以使用較細的電纜,大幅減少當今高端汽車中超過4公里布線的銅用量,從而顯著降低重量和成本。輕度混合動力系統的其他顯著差別是使用全新的48伏特模塊,例如電動起動發電機、電動增壓器、直流/直流轉換器。直流/直流轉換器的作用只是轉換48伏特電池電源,以支持汽車中的現有12伏特應用。


起動發電機和增壓器
10 kW(或更高功率)起動發電機是非常重要的48伏特系統模塊,提供多種功能。首先,它充當交流發電機(將機械能轉換為電能),連接到引擎曲軸。其次,它為引擎增壓,以提高汽車的加速性能,管理引擎負載,從而減少油耗。最後,當汽車處於巡航狀態或減速/停止時,起動發電機能夠將電能回收到電池。當前有幾種不同的架構拓撲,每種拓撲都能在一定程度上減少二氧化碳排放。


另一個主要新增48伏特模塊是電動增壓器,外觀看起來有點像蝸牛殼。它的主要目的是提高進入引擎氣缸中的空氣/燃油混合密度。因此,引擎可以輸出更高動力,而不會增加氣缸尺寸。憑藉這種能力,增壓器有助於提高輕度混合動力系統的燃油燃燒效率。

如何高效利用所有能源
當然,所有這些額外能源仍然需要高效利用,並非所有汽車系統都需要使用48伏特系統供電。從純能源視角來看,高功率應用,例如起動發電機、增壓器、直流/直流轉換機、A/C壓縮機,應該首先移植到48伏特電源網絡。圖2顯示了安世半導體認為哪些應用有可能遷移到更高電壓系統。 




圖2: 從12伏特應用過渡到48伏特應用

當然,在電動汽車全面採用之前,汽車產業還會迎來一些激動人心的時刻,新的開發成果能夠減少二氧化碳排放,也值得我們密切關注。我們需要更大的動力,同時迫切需要無排放汽車,這意味著汽車製造商必須加大技術創新的力度。

在下一個章節中,我將進一步深入介紹起動發電機,探討其電源需求、應用拓撲等特點。敬請期待!

作者:安世半導體 技術營銷工程師 Ivan Petrov

Ivan近期獲得曼徹斯特大學電氣和電子工程專業工程學學士(榮譽)學位,其於2016年9月加入安世半導體擔任技術營銷工程師一職,並在短短的一年後晉 升為研究生營銷工程師。他負責功率半導體業務的市場分析。在過去的一年裡,他發表了幾篇深受好評的傳統動力系統報告,並開始致力於汽車電氣化這一迅速發展 的領域。Ivan對電動車(xEV)系統的了解來自於其靜態研究、參與的眾多xEV會議和全球客戶拜訪。在工作之餘,他是一名活躍的網球選手,他的比賽風 格和外表曾被人拿來與羅傑·費德勒和格里戈爾·季米特洛夫比較。