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MHEV:优化汽车动力总成以提高效率和降低成本
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MHEV:优化汽车动力总成以提高效率和降低成本

2021-12-23 11:25:14 来源:德州仪器

【哔哥哔特导读】MHEV 使用 48V 电池以一小部分的额外成本实现了全混合动力电动汽车的很多功能。图 2 比较了 ICE、MHEV 和全混合动力电动汽车的硬件和功能。典型的全混合动力电动汽车集成了一个电机和一个容量约为 1kWh 至 2kWh 的 200V 至 400V 高压电池。

汽车排放标准一年比一年严格,内燃机 (ICE) 汽车制造商很难符合要求。为减少排放,制造商其中的一项工作便是使传动系统实现部分或全部电气化,以提高发动机的有效效率、部分或完全减少对发动机的依赖(见图 1)。

当然,实现电气化是有代价的,而且涉及一个由来已久的设计问题:如何平衡成本与其他设计要求?

在本文中,我将讨论 48V 轻混合动力电动汽车 (MHEV),并解释该技术如何以大约三分之一的成本实现全混合动力电动汽车大约三分之二的优势。

图 1:常用的电气化传动系统拓扑列表

系统添加 – MHEV 与全混合动力电动汽车

MHEV 使用 48V 电池以一小部分的额外成本实现了全混合动力电动汽车的很多功能。图 2 比较了 ICE、MHEV 和全混合动力电动汽车的硬件和功能。典型的全混合动力电动汽车集成了一个电机和一个容量约为 1kWh 至 2kWh 的 200V 至 400V 高压电池。MHEV 使用较小的电机和容量小于 1kWh 的较小型 48V 电池或类似的超级电容器。与全混合动力电动汽车相比,这种更小的电机和明显更小的电池大大降低了轻混合动力电动汽车的成本和重量(通过提高燃油经济性)。与全混合动力电动汽车相比,硬件要求降低了,但提供的性能不那么强大,但正如您将看到的,MHEV 仍可以在降低成本的情况下提供大部分优势。

图 2:ICE、MHEV 和全混合动力电动汽车对比总结

启停功能

在上述条件下关闭 ICE 后,启停可大大提高城市驾驶或其他启停环境中的燃油经济性。MHEV 电池存储的能量确实比全混合动力电动汽车的高压电池少,但它的容量足以在大多数情况下实现启停。使用 12V 电池即可以实现启停,但使用 48V 电池可承受更少的应力,从而可以延长电池寿命。使用 12V 启动可能出现压降,而 48V 启停没有这一问题。

再生制动

顾名思义,再生制动会在驾驶员制动时回收车辆的动能。这种能量通常通过刹车片作为热量消散,但再生制动可将轻混合或全混合动力系统电机用作发电机,为轻混合或全混合动力系统电池充电。再生制动(如启停)广泛应用于启动、停止、加速和减速环境。轻混合动力系统电池容量降低在某些情况下会限制再生制动的有效性,但在大多数城市驾驶条件下足以在不耗尽容量的情况下回收能量。

扭矩辅助

混合动力系统电机连接传动系统,并在加速时利用混合动力系统电池的能量来增加扭矩。扭矩辅助有利于加速,这意味着车辆可以用更小的 ICE 实现相同的加速性能。这可降低发动机成本和重量,从而进一步提高燃油经济性。轻混合动力系统电机比全混合动力系统电机更小,性能也更低,这将限制增加的扭矩量,但在很多情况下,轻混合动力系统电机仍然可以提供大部分扭矩辅助优势。

降低线束重量和成本 - MHEV 特有的优势

在线束成本和重量方面,轻混合动力系统比全混合动力系统更具优势。因为 48V 并不是一个特别高的电压,所以不需很多改动即可将 12V 供电设备转换为 48V。从数百伏降至 5V 或 3.3V 需要更昂贵和更复杂的功率转换设计,但是用 48V 至 5V 降压稳压器替换 12V 至 5V 降压稳压器只需要很少的改动。

此外,修改其他系统(如加热器和鼓风机)来适应 48V 电压也是非常容易操控的。在提供相同功率的条件下,使用 48V 而不是 12V 为设备供电可将所需电流降低 75%,从而显著减少线束厚度,甚至(例如)可以从铜改用铝,同时减轻重量。这样既降低了成本,又提高了燃料经济性。

结语

MHEV 可提高燃料经济性,是成本敏感型汽车的未来。一些车型已经使用了轻混合动力系统,并证明该系统可作为 ICE 和全混合动力系统电机之间的良好过渡。燃油经济性要求只会变得越来越严格,因此预计在不久的将来会有更多 MHEV 车辆上路。

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