MHEV：優(yōu)化汽車動力總成以提高效率和降低成本

汽車排放標準一年比一年嚴格，內(nèi)燃機 (ICE) 汽車制造商很難符合要求。為減少排放，制造商其中的一項工作便是使傳動系統(tǒng)實現(xiàn)部分或全部電氣化，以提高發(fā)動機的有效效率、部分或完全減少對發(fā)動機的依賴（見圖 1）。

當然，實現(xiàn)電氣化是有代價的，而且涉及一個由來已久的設計問題：如何平衡成本與其他設計要求？

在本文中，我將討論 48V 輕混合動力電動汽車 (MHEV)，并解釋該技術(shù)如何以大約三分之一的成本實現(xiàn)全混合動力電動汽車大約三分之二的優(yōu)勢。

圖1 常用的電氣化傳動系統(tǒng)拓撲列表

系統(tǒng)添加–MHEV 與全混合動力電動汽車

MHEV 使用 48V 電池以一小部分的額外成本實現(xiàn)了全混合動力電動汽車的很多功能。圖 2 比較了 ICE、MHEV 和全混合動力電動汽車的硬件和功能。典型的全混合動力電動汽車集成了一個電機和一個容量約為 1kWh 至 2kWh 的 200V 至 400V 高壓電池。MHEV 使用較小的電機和容量小于 1kWh 的較小型 48V 電池或類似的超級電容器。與全混合動力電動汽車相比，這種更小的電機和明顯更小的電池大大降低了輕混合動力電動汽車的成本和重量（通過提高燃油經(jīng)濟性）。與全混合動力電動汽車相比，硬件要求降低了，但提供的性能不那么強大，但正如您將看到的，MHEV 仍可以在降低成本的情況下提供大部分優(yōu)勢。

圖2 ICE、MHEV 和全混合動力電動汽車對比總結(jié)

啟停功能

在上述條件下關閉 ICE 后，啟停可大大提高城市駕駛或其他啟停環(huán)境中的燃油經(jīng)濟性。MHEV 電池存儲的能量確實比全混合動力電動汽車的高壓電池少，但它的容量足以在大多數(shù)情況下實現(xiàn)啟停。使用 12V 電池即可以實現(xiàn)啟停，但使用 48V 電池可承受更少的應力，從而可以延長電池壽命。使用 12V 啟動可能出現(xiàn)壓降，而 48V 啟停沒有這一問題。

再生制動

顧名思義，再生制動會在駕駛員制動時回收車輛的動能。這種能量通常通過剎車片作為熱量消散，但再生制動可將輕混合或全混合動力系統(tǒng)電機用作發(fā)電機，為輕混合或全混合動力系統(tǒng)電池充電。再生制動（如啟停）廣泛應用于啟動、停止、加速和減速環(huán)境。輕混合動力系統(tǒng)電池容量降低在某些情況下會限制再生制動的有效性，但在大多數(shù)城市駕駛條件下足以在不耗盡容量的情況下回收能量。

扭矩輔助

混合動力系統(tǒng)電機連接傳動系統(tǒng)，并在加速時利用混合動力系統(tǒng)電池的能量來增加扭矩。扭矩輔助有利于加速，這意味著車輛可以用更小的 ICE 實現(xiàn)相同的加速性能。這可降低發(fā)動機成本和重量，從而進一步提高燃油經(jīng)濟性。輕混合動力系統(tǒng)電機比全混合動力系統(tǒng)電機更小，性能也更低，這將限制增加的扭矩量，但在很多情況下，輕混合動力系統(tǒng)電機仍然可以提供大部分扭矩輔助優(yōu)勢。

降低線束重量和成本-MHEV 特有的優(yōu)勢

在線束成本和重量方面，輕混合動力系統(tǒng)比全混合動力系統(tǒng)更具優(yōu)勢。因為 48V 并不是一個特別高的電壓，所以不需很多改動即可將 12V 供電設備轉(zhuǎn)換為 48V。從數(shù)百伏降至 5V 或 3.3V 需要更昂貴和更復雜的功率轉(zhuǎn)換設計，但是用 48V 至 5V 降壓穩(wěn)壓器替換 12V 至 5V 降壓穩(wěn)壓器只需要很少的改動。

此外，修改其他系統(tǒng)（如加熱器和鼓風機）來適應 48V 電壓也是非常容易操控的。在提供相同功率的條件下，使用 48V 而不是 12V 為設備供電可將所需電流降低 75%，從而顯著減少線束厚度，甚至（例如）可以從銅改用鋁，同時減輕重量。這樣既降低了成本，又提高了燃料經(jīng)濟性。

結(jié)語

MHEV 可提高燃料經(jīng)濟性，是成本敏感型汽車的未來。一些車型已經(jīng)使用了輕混合動力系統(tǒng)，并證明該系統(tǒng)可作為 ICE 和全混合動力系統(tǒng)電機之間的良好過渡。燃油經(jīng)濟性要求只會變得越來越嚴格，因此預計在不久的將來會有更多 MHEV 車輛上路。