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48V轻度混合系统的呈现
本篇我们从架构的角度深入探讨轻度混合动力汽车(MHEV)与传统内燃机汽车两者之间的一些要害不同

 2018-10-24

内燃机(ICE)汽车的日子快要到头了。鉴于有相当数量的大城市甚至一些国家已经在讨论在未来15-20年内禁用所有柴油车和汽油车,您有这种想法也是情有可原。但将所有汽车都换成电动汽车真有那么轻易?当然不是。假如每个人都驾驶一辆价格不菲的特斯拉,希望我们不会撞上行人或骑行者,因为电动汽车极其安静。

抛开打趣不谈,诸多挑战阻碍了电动汽车(EV)的快速普及,从汽车成本、充电基础设施、发电需求、里程焦虑到消费者行为和态度,再到新技术以及法律和保险问题。这些问题可能需要十年或二十年时间才能完全解决,同时限制二氧化碳(CO2)排放的法规也迫使汽车制造商推出经济高效而又实用的其他解决方案。

在我的上一篇中,我曾经简单陈述过,轻度混合动力(MHEV)和全混合动力(HEV)汽车是向整车电气化迈进的铺路石。这主要是因为全电动汽车的电池成本很高,并且制造商还承受着时间压力。虽然电池价格在逐步降低(根据美国能源部统计,每年降低大约8%),大众市场电动汽车并不是二氧化碳排放监管机构追求的短期解决方案,特殊是在欧洲和中国。

MHEV与内燃机汽车的不同
轻度混合动力汽车(MHEV)与传统内燃机汽车有何不同?首先,图1突出显示了MHEV中的主要系统变化。传统汽车和轻度混合动力汽车之间最明显的不同是增加了48伏特电池。



图1: 48伏特架构

48伏特电池旨在提供高耗电量应用所需的更多电源,并且减小系统中的电流。这样可以使用较细的电缆,大幅减少当今高端汽车中超过4公里布线的铜用量,从而显著降低重量和成本。轻度混合动力系统的其他显著不同是使用全新的48伏特模块,例如电动起动发电机、电动增压器、直流/直流转换器。直流/直流转换器的作用只是转换48伏特电池电源,以撑持汽车中的现有12伏特应用。


起动发电机和增压器
10 kW(或更高功率)起动发电机长短常主要的48伏特系统模块,提供多种功能。首先,它充任交流发电机(将机械能转换为电能),连接到引擎曲轴。其次,它为引擎增压,以提高汽车的加速性能,治理引擎负载,从而减少油耗。最后,当汽车处于巡航状况或减速/住手时,起动发电机能够将电能回收到电池。当前有几种不同的架构拓扑,每种拓扑都能在必然程度上减少二氧化碳排放。


另一个主要新增48伏特模块是电动增压器,外不雅观看起来有点像蜗牛壳。它的主要目的是提高进入引擎气缸中的空气/燃油混合密度。因此,引擎可以输出更高动力,而不会增加气缸尺寸。凭借这种能力,增压器有助于提高轻度混合动力系统的燃油燃烧效率。

如何高效操作所有能源
当然,所有这些额外能源仍然需要高效操作,并非所有汽车系统都需要使用48伏特系统供电。从纯能源视角来看,高功率应用,例如起动发电机、增压器、直流/直流转换机、A/C压缩机,应该首先移植到48伏特电源网络。图2显示了安世半导体认为哪些应用有可能迁移到更高电压系统。 




图2: 从12伏特应用过渡到48伏特应用

当然,在电动汽车周全采用之前,汽车财富还会迎来一些冲动人心的时刻,新的开发成果能够减少二氧化碳排放,也值得我们密切存眷。我们需要更大的动力,同时迫切需要无排放汽车,这意味着汽车制造商必需加大技术创新的力度。

不才一个章节中,我将进一步深入介绍起动发电机,探讨其电源需求、应用拓扑等特点。敬请期待!

作者:安世半导体 技术营销工程师 Ivan Petrov

Ivan近期获得曼彻斯特大学电气和电子工程专业工程学学士(荣誉)学位,其于2016年9月插手安世半导体担任技术营销工程师一职,并在短短的一年后晋 升为研究生营销工程师。他负责功率半导体业务的市场阐发。在过去的一年里,他颁发了几篇深受好评的传统动力系统陈述,并最先致力于汽车电气化这一迅速成长 的领域。Ivan对电动车(xEV)系统的了解来自于其静态研究、参与的众多xEV会议和全球客户拜访。在工作之余,他是一名活跃的网球选手,他的比赛风 格和外表曾被人拿来与罗杰·费德勒和格里戈尔·季米特洛夫比力。