MHEV：優(yōu)化汽車動(dòng)力總成以提高效率和降低成本

汽車排放標(biāo)準(zhǔn)一年比一年嚴(yán)格，內(nèi)燃機(jī) (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(xiàng)工作便是使傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)部分或全部電氣化，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效效率、部分或完全減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的依賴（見(jiàn)圖 1）。

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)電氣化是有代價(jià)的，而且涉及一個(gè)由來(lái)已久的設(shè)計(jì)問(wèn)題：如何平衡成本與其他設(shè)計(jì)要求？

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

圖1 常用的電氣化傳動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)淞斜?/em>

系統(tǒng)添加–MHEV 與全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

MHEV 使用 48V 電池以一小部分的額外成本實(shí)現(xiàn)了全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的很多功能。圖 2 比較了 ICE、MHEV 和全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的硬件和功能。典型的全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車集成了一個(gè)電機(jī)和一個(gè)容量約為 1kWh 至 2kWh 的 200V 至 400V 高壓電池。MHEV 使用較小的電機(jī)和容量小于 1kWh 的較小型 48V 電池或類似的超級(jí)電容器。與全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比，這種更小的電機(jī)和明顯更小的電池大大降低了輕混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的成本和重量（通過(guò)提高燃油經(jīng)濟(jì)性）。與全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比，硬件要求降低了，但提供的性能不那么強(qiáng)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(shì)。

圖2 ICE、MHEV 和全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對(duì)比總結(jié)

啟停功能

在上述條件下關(guān)閉 ICE 后，啟?？纱蟠筇岣叱鞘旭{駛或其他啟停環(huán)境中的燃油經(jīng)濟(jì)性。MHEV 電池存儲(chǔ)的能量確實(shí)比全混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的高壓電池少，但它的容量足以在大多數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)啟停。使用 12V 電池即可以實(shí)現(xiàn)啟停，但使用 48V 電池可承受更少的應(yīng)力，從而可以延長(zhǎng)電池壽命。使用 12V 啟動(dòng)可能出現(xiàn)壓降，而 48V 啟停沒(méi)有這一問(wèn)題。

再生制動(dòng)

顧名思義，再生制動(dòng)會(huì)在駕駛員制動(dòng)時(shí)回收車輛的動(dòng)能。這種能量通常通過(guò)剎車片作為熱量消散，但再生制動(dòng)可將輕混合或全混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)用作發(fā)電機(jī)，為輕混合或全混合動(dòng)力系統(tǒng)電池充電。再生制動(dòng)（如啟停）廣泛應(yīng)用于啟動(dòng)、停止、加速和減速環(huán)境。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)電池容量降低在某些情況下會(huì)限制再生制動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)連接傳動(dòng)系統(tǒng)，并在加速時(shí)利用混合動(dòng)力系統(tǒng)電池的能量來(lái)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(shí)現(xiàn)相同的加速性能。這可降低發(fā)動(dòng)機(jī)成本和重量，從而進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)比全混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)仍然可以提供大部分扭矩輔助優(yōu)勢(shì)。

降低線束重量和成本-MHEV 特有的優(yōu)勢(shì)

在線束成本和重量方面，輕混合動(dòng)力系統(tǒng)比全混合動(dòng)力系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。因?yàn)?48V 并不是一個(gè)特別高的電壓，所以不需很多改動(dòng)即可將 12V 供電設(shè)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(fù)雜的功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，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(dòng)。

此外，修改其他系統(tǒng)（如加熱器和鼓風(fēng)機(jī)）來(lái)適應(yīng) 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(shè)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(shí)減輕重量。這樣既降低了成本，又提高了燃料經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語(yǔ)

MHEV 可提高燃料經(jīng)濟(jì)性，是成本敏感型汽車的未來(lái)。一些車型已經(jīng)使用了輕混合動(dòng)力系統(tǒng)，并證明該系統(tǒng)可作為 ICE 和全混合動(dòng)力系統(tǒng)電機(jī)之間的良好過(guò)渡。燃油經(jīng)濟(jì)性要求只會(huì)變得越來(lái)越嚴(yán)格，因此預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)有更多 MHEV 車輛上路。