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MHEV:优化汽车动力总成以提高效率和降低成本

2021-12-22 16:27:06 德州仪器 阅读:
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。

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)。wTnednc

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?wTnednc

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。wTnednc

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1:常用的电气化传动系统拓扑列表wTnednc

系统添加——MHEV与全混合动力电动汽车wTnednc

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。wTnednc

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2ICEMHEV和全混合动力电动汽车对比总结wTnednc

启停功能wTnednc

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。wTnednc

再生制动wTnednc

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。wTnednc

扭矩辅助wTnednc

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。wTnednc

降低线束重量和成本——MHEV特有的优势wTnednc

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。wTnednc

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。wTnednc

结语wTnednc

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。wTnednc

其他资源wTnednc

要了解如何使用12V和48V电池设计冗余电源,请观看培训视频,“在双电池12V/48V mHEV电源中优化解决方案尺寸并降低复杂性”。wTnednc

要了解有关48V隔离要求和设计注意事项的更多信息,请参阅应用手册,“适用于mHEV应用的PSR反激式直流/直流转换器变压器设计”。wTnednc

如需有关MHEV隔离式拓扑选择的更多信息,请阅读模拟设计期刊文章,“为何在双电池mHEV系统中使用PSR反激式隔离转换器”。wTnednc

关于德州仪器TIwTnednc

德州仪器(TI)(纳斯达克股票代码:TXN)是一家全球性的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片,用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用,创造一个更美好的世界。如今,每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠,从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用,这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息,请访问公司网站www.ti.com.cnwTnednc

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