广告

采用高能效方案迈向轻度混合动力电动汽车

2021-05-21 15:47:13 Jay Nagle,汽车产品高级营销工程师,安森美半导体 阅读:
低压轻度混合动力电动汽车(MHEV)方案有诸多的优势:这种系统是内燃机(ICE)的补充;额外的48V总线支持发动机舱中日益增长的各类电气化的功能,比如电动泵。而对于48V总线,它被归类为低压系统,其线束要求也因此降低。

随着汽车行业全电动化的持续发展,基于48V系统的轻度混合动力电动汽车(MHEV)架构的潜力正在汽车行业中得到充分的体现。在未来的五年里,汽车行业预计在我们的道路上行驶的MHEV数量将以每年30%的速度增长,许多领先的汽车制造商要么已经在销售MHEV,要么计划在不久的将来推出MHEV。预计到2025年以后,MHEV将占到所有车辆的10%左右。XyPednc

MHEV配置构成了整个电动汽车版图的一部分,并填补了传统的12V内燃机车(ICE)和纯电动汽车(BEV)之间的差距(图1)。XyPednc

XyPednc

1:整个电动汽车格局涵盖从简单的12V辅助系统到(来源:YoleXyPednc

这种低压MHEV方案有诸多的优势:这种系统是内燃机(ICE)的补充;额外的48V总线支持发动机舱中日益增长的各类电气化的功能,比如电动泵。而对于48V总线,它被归类为低压系统,其线束要求也因此降低。XyPednc

考虑到所有这些因素,人们对MHEV的兴趣与日俱增,不仅是因为它可帮助降低传统ICE的污染物排放,更重要的是它能以合理的成本使汽车排放符合更严苛的法规。仅此一点,就足以保证MHEV技术的持续采用,以及同时向全电动的更长期转变。MHEV的另一个主要优势是它不依赖外部电源,它是一个完全封闭、自充电的系统,当ICE处于重负时可以提供额外的动力。这足以增加每升公里数(km/L),从而减少温室气体排放。据估计,采用了MHEV系统的车辆同比可减少燃油排放多达10%。XyPednc

实现轻度混合动力

如上所述,MHEV使用电机来对ICE提供辅助,而不是像全电动汽车那样用它来提供所有动力。然而,这并不是说ICE需要一直运行——在最近的例子中,取决于拓扑结构,电机可以在低速条件下在有限时间内提供所有所需的动力。当车辆减速或制动时,电机将工作模式切换到发电机(回收)模式而为48V电池充电。随着基础技术的改进,所用电机的输出功率从15kW增加到30kW,轻度混合动力系统将能够承担更多的动力输出。XyPednc

当制造商将MHEV技术应用到现有的ICE动力传动系统时,有多种方案可供选择。似乎大多数制造商所青睐的方法是,在变速箱的发动机一侧,用皮带传动将电动机连接到曲轴上。这意味着电动机的转速与发动机曲轴相同,而与传动轴的转速不同。这也意味着电机可以通过离合器与传动轴耦合,就像内燃机(ICE)和传动轴通过离合器耦合一样。XyPednc

XyPednc

图2:MHEV系统的主架构XyPednc

这种架构被称为皮带传动一体化起动/发电机(BSG),通常称为P0,如2所示。这表明电机是通过皮带连接到曲轴上的,在启停系统中可以用来启动发动机,而不是像使用12V总线和传统启动电机的系统一样。这样做的好处是,由于发动机重启的速度更快,这样可以提供更高的启动扭矩并带来更好的用户体验。另外,因为48V电机同时用来给48V电池充电,所以它也是一个发电机。XyPednc

在大多数系统中,48V总线是现有12V系统的辅助,这意味着车上仍然有12V电池。然而,48V系统通常可以通过DC-DC转换器来对12V系统进行补充,这个转换器是重要的新增补充系统,这也需要考虑。XyPednc

提供MHEV系统的各组成部分

在MHEV中,电气系统采用两种电压总线。12V总线继续为低功率系统提供电力,而48V总线则用于大功率电机——例如现在用于动力转向、空调和自适应悬架的电机——以及为连接到传动系统的电机提供动力。虽然在汽车中使用48V总线电压并不是全新的技术,但其CO2减排成本比纯电动方式更低,因此成为了更新系统的动力。XyPednc

如前所述,MHEV所涉及的电气系统通常包括一个DC-DC转换器而用来连接两种总线。如果采用的电动机为交流感应电动机,则系统还会包括一个逆变器(见3)。由于MHEV不是插电式系统,因此不需要车载充电电路,但该领域已在发展,因此未来可能会看到基于48V系统的全混合动力汽车。XyPednc

XyPednc

图3:带DC-AC逆变器的48V/12V系统(来源:Yole)XyPednc

安森美半导体专注于汽车和电源解决方案,能够满足所有48V MHEV应用的需求。燃油效率的提高与系统设计的各个方面有关,包括电气性能、DC-DC转换中所用元件的尺寸和重量。安森美半导体由于可以提供较小封装、额定电压在80V以上的各类MOSFET,因此可以实现较小体积的方案和较低的系统成本,并满足汽车制造商所需的高散热性能。在这些应用中,电气效率是一个关键要求,它和开关晶体管的导通电阻直接相关,而导通电阻会影响系统中的导通损耗。其他关键的优点包括晶体管的开关速度,这也会影响整体功率损耗。众所周知,安森美半导体在这方面拥有行业领先的技术,并且还有栅极驱动方案相辅相成。将它们结合起来,就可以得到一个优化的电源拓扑结构。XyPednc

这一专长在安森美半导体生产的汽车电源模块(APM)中也得到了体现,它具有全桥和半桥配置或集成了三相逆变电路。APM采用直接键合铜(DBC)衬底材料的压铸模封装,具有低热阻和高可靠性,可以承受车辆环境里固有的振动和机械应力。由于这些模块是为汽车应用而设计的,因此用它们实现MHEV系统变得更加简单。采用安森美半导体APM的另一个主要好处是可在很小的占位面积内提供高功率密度,这就可减少整个系统的总重量,从而进一步减轻发动机的负担,这也有助于降低排放。XyPednc

除功率晶体管和模块以外,安森美半导体还能提供所需的辅助元件,如运算放大器、高速数字隔离器和电子熔断器(eFuse),以及车载网络收发器。XyPednc

总结

对于汽车制造商来说,决定采用轻度混合动力技术应该比较简单。根据拓扑结构的不同,它只需要增加30%的成本,就能提供全混合动力系统70%的好处。此外,由于这类系统的设计目的是在ICE之外运行,因此其没有由电动汽车引起的消费者所担忧的那些问题,比如续航焦虑。从消费者的角度来看,转向采用轻度混合动力技术除了降低排放和明显提高燃油效率的好处外,并没有其他明显影响。XyPednc

随着美洲、亚洲和欧洲越来越多的国家颁布降低排放的规定,汽车制造商面临着降低排放和提高燃油能效的任务;这些要求与MHEV技术完美的同步。对于许多制造商来说,48V轻度混合动力系统是一个入门级的技术,我们期待着在短期内会有更多的厂商采用这项技术。XyPednc

安森美半导体凭借其针对汽车优化、广泛的电源方案组合,在满足目前业界发展节能方案的需要上处于有利地位。业界对能效的关注延伸到MHEV技术,安森美半导体在为实现MHEV提供汽车行业所需方案方面已经有良好的记录。XyPednc

(原文标题:Moving towards Mild Hybrid Electric Vehicles through power efficient solutions。)XyPednc

本文为《电子技术设计》2021年5月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里XyPednc

责编:赵明灿XyPednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 商务部暂停天然砂对台湾地区出口,台积电难受了 据EDN电子技术设计了解,商务部网站8月3日早晨8点发布最新消息,表示将从即日起暂停天然砂对台湾地区出口。不少网友认为暂停天然砂对台湾地区的出口,此举将严重影响台湾的建筑业,实则影响不仅仅如此。台湾地区天然砂进口量的90%以上来自大陆,而台湾芯片占台湾2021年出口额的34.8%。网友称商务部暂停天然砂对台湾地区出口是捏到了台湾半导体制造业的七寸。
  • 深圳允许完全自动驾驶车辆上路,主驾无需坐人 据EDN电子技术设计引援央视财经报道,从8月1日开始,《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》正式实施,智能网联汽车列入国家汽车产品目录或者深圳市智能网联汽车产品目录,这也让深圳成为了国内首个允许L3级别自动驾驶车辆合法上路的城市。
  • 华为天才少年稚晖君用108天打了个字,重新定义客制化键 自称“鸽王”的稚晖君终于更新啦。这次他带来的新项目则是:一把完全客制化、带屏幕模块的机械键盘!有网友表示,稚晖君的这个新项目,为键圈乃至整个键盘行业提供了新的设计思路,甚至有望改变目前客制化以换壳为本的囧境。
  • 因眼睛小车主被辅助驾驶误判“开车睡觉”,小鹏、蔚来回 昨日,汽车博主@常岩CY 发博称自己突然上了热搜,原来就是因自己眼睛小被小鹏汽车自动驾驶误判“开车睡觉”,不住的发出提醒。此外,@常岩CY 称在多款车型上都收到此困扰。无论是红外还是摄像头,只要开始检测眼睛,就会判定过度疲劳。小鹏P7会提示他睡觉,蔚来ET7一开车就认为其疲劳和走神,岚图FREE会在冬天为了让其“别困”而打开冷风……
  • 成本100元,缓解M2 MacBook Air过热问题 国外有喜欢DIY的网友发现了一种简单且廉价的解决方案来缓解 M2 MacBook Air 过热问题的方法。但值得提醒的是,这种DIY方法会导致M2 MacBook Air的保修失效,因此,想要效仿的读者们要三思而后行哦。
  • 中信拆了辆特斯拉Model 3,发现多个领域技术引领行业 EDN电子技术设计在6月底报道了海通国际手动拆解十万元的比亚迪“元”的详细拆解图,如今不到一个月的时间,中信证券微信公众号发表了一篇《从拆解Model 3看智能电动汽车发展趋势》的文章,文中称对特斯拉Model 3的E/E架构、三电、热管理、车身等进行了详细深入地分析,并坚定看好中国智能电动化发展趋势,引起了广泛关注。
  • 带电路板、可玩AR、嵌金刚石,这些录取通知书科技感十足 伴随着高考大考的落幕,各大高校目前纷纷寄出独具特色的录取通知书,不仅有颜值高,创意新颖的竹子卷轴、锦凤递书,还科技感满满的“电路板”录取通知书、摩斯密码......寄托着对于即将踏进大学校园的学子们的深深祝福和期许。
  • Nordic为什么收购嵌入式内存供货商? 着眼于内存日益成为超低功耗IoT芯片设计的重要组成,挪威半导体大厂Nordic将购并美国嵌入式内存IP供货商Mobile Semiconductor...
  • “中国复眼”在技术上和用途上与“中国天眼”相比有何 在已经有全球最大的“中国天眼”的背景下,我国为什么还要打造“中国复眼”?二者在技术原理和用途上又有什么不同呢?
  • 为打击以色列间谍软件,Apple宣布免费推出iPhone新锁定 为打击如Pegasus等有针对性的间谍软件及黑客程序,苹果计划在今年晚些时候为其 iPhone、iPad 和 Mac 电脑提供新的“锁定模式”,并公开承诺继续改进它。该公司还扩大了漏洞赏金和赠款计划,以鼓励对该问题的进一步研究。
  • 发掘科技:V2X场景中的两轮车方案 日前,在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”的“智慧两轮车分论坛”上,发掘科技战略发展总监屈博发表了“V2X场景中的两轮车方案”主题演讲。
  • 面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台 在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,安谋科技解决方案总监邹伟发表了“面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台”主题演讲。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了