作者：Jay Nagle，汽車產品高級營銷工程師，安森美半導體

隨著汽車行業全電動化的持續發展，基于48V系統的輕度混合動力電動汽車（MHEV）架構的潛力正在汽車行業中得到充分的體現。在未來的五年里，汽車行業預計在我們的道路上行駛的MHEV數量將以每年30%的速度增長，許多領先的汽車制造商要么已經在銷售MHEV，要么計劃在不久的將來推出MHEV。預計到2025年以后，MHEV將占到所有車輛的10%左右。

MHEV配置構成了整個電動汽車版圖的一部分，并填補了傳統的12V內燃機車（ICE）和純電動汽車（BEV）之間的差距（圖1）。

圖1：整個電動汽車格局涵蓋從簡單的12V輔助系統到純電動。（來源：Yole）

這種低壓MHEV方案有諸多的優勢：這種系統是內燃機（ICE）的補充；額外的48V總線支持發動機艙中日益增長的各類電氣化的功能，比如電動泵。而對于48V總線，它被歸類為低壓系統，其線束要求也因此降低。

考慮到所有這些因素，人們對MHEV的興趣與日俱增，不僅是因為它可幫助降低傳統ICE的污染物排放，更重要的是它能以合理的成本使汽車排放符合更嚴苛的法規。僅此一點，就足以保證MHEV技術的持續采用，以及同時向全電動的更長期轉變。MHEV的另一個主要優勢是它不依賴外部電源，它是一個完全封閉、自充電的系統，當ICE處于重負時可以提供額外的動力。這足以增加每升公里數（km/L），從而減少溫室氣體排放。據估計，采用了MHEV系統的車輛同比可減少燃油排放多達10％。

實現輕度混合動力輔助

如上所述，MHEV使用電機來對ICE提供輔助，而不是像全電動汽車那樣用它來提供所有動力。然而，這并不是說ICE需要一直運行——在最近的例子中，取決于拓撲結構，電機可以在低速條件下在有限時間內提供所有所需的動力。當車輛減速或制動時，電機將工作模式切換到發電機（回收）模式而為48V電池充電。隨著基礎技術的改進，所用電機的輸出功率從15kW增加到30kW，輕度混合動力系統將能夠承擔更多的動力輸出。

當制造商將MHEV技術應用到現有的ICE動力傳動系統時，有多種方案可供選擇。似乎大多數制造商所青睞的方法是，在變速箱的發動機一側，用皮帶傳動將電動機連接到曲軸上。這意味著電動機的轉速與發動機曲軸相同，而與傳動軸的轉速不同。這也意味著電機可以通過離合器與傳動軸耦合，就像內燃機（ICE）和傳動軸通過離合器耦合一樣。

圖2：MHEV系統的主架構。

這種架構被稱為皮帶傳動一體化起動/發電機（BSG），通常稱為P0，如圖2所示。這表明電機是通過皮帶連接到曲軸上的，在啟停系統中可以用來啟動發動機，而不是像使用12V總線和傳統啟動電機的系統一樣。這樣做的好處是，由于發動機重啟的速度更快，這樣可以提供更高的啟動扭矩并帶來更好的用戶體驗。另外，因為48V電機同時用來給48V電池充電，所以它也是一個發電機。

在大多數系統中，48V總線是現有12V系統的輔助，這意味著車上仍然有12V電池。然而，48V系統通常可以通過DC-DC轉換器來對12V系統進行補充，這個轉換器是重要的新增補充系統，這也需要考慮。

提供MHEV系統的各組成部分

在MHEV中，電氣系統采用兩種電壓總線。12V總線繼續為低功率系統提供電力，而48V總線則用于大功率電機——例如現在用于動力轉向、空調和自適應懸架的電機——以及為連接到傳動系統的電機提供動力。雖然在汽車中使用48V總線電壓并不是全新的技術，但其CO2減排成本比純電動方式更低，因此成為了更新系統的動力。

如前所述，MHEV所涉及的電氣系統通常包括一個DC-DC轉換器而用來連接兩種總線。如果采用的電動機為交流感應電動機，則系統還會包括一個逆變器（見圖3）。由于MHEV不是插電式系統，因此不需要車載充電電路，但該領域已在發展，因此未來可能會看到基于48V系統的全混合動力汽車。

圖3：帶DC-AC逆變器的48V/12V系統。（來源：Yole）

安森美半導體專注于汽車和電源解決方案，能夠滿足所有48V MHEV應用的需求。燃油效率的提高與系統設計的各個方面有關，包括電氣性能、DC-DC轉換中所用元件的尺寸和重量。安森美半導體由于可以提供較小封裝、額定電壓在80V以上的各類MOSFET，因此可以實現較小體積的方案和較低的系統成本，并滿足汽車制造商所需的高散熱性能。在這些應用中，電氣效率是一個關鍵要求，它和開關晶體管的導通電阻直接相關，而導通電阻會影響系統中的導通損耗。其他關鍵的優點包括晶體管的開關速度，這也會影響整體功率損耗。眾所周知，安森美半導體在這方面擁有行業領先的技術，并且還有柵極驅動方案相輔相成。將它們結合起來，就可以得到一個優化的電源拓撲結構。

這一專長在安森美半導體生產的汽車電源模塊（APM）中也得到了體現，它具有全橋和半橋配置或集成了三相逆變電路。APM采用直接鍵合銅（DBC）襯底材料的壓鑄模封裝，具有低熱阻和高可靠性，可以承受車輛環境里固有的振動和機械應力。由于這些模塊是為汽車應用而設計的，因此用它們實現MHEV系統變得更加簡單。采用安森美半導體APM的另一個主要好處是可在很小的占位面積內提供高功率密度，這就可減少整個系統的總重量，從而進一步減輕發動機的負擔，這也有助于降低排放。

除功率晶體管和模塊以外，安森美半導體還能提供所需的輔助元件，如運算放大器、高速數字隔離器和電子熔斷器（eFuse），以及車載網絡收發器。

總結

對于汽車制造商來說，決定采用輕度混合動力技術應該比較簡單。根據拓撲結構的不同，它只需要增加30%的成本，就能提供全混合動力系統70%的好處。此外，由于這類系統的設計目的是在ICE之外運行，因此其沒有由電動汽車引起的消費者所擔憂的那些問題，比如續航焦慮。從消費者的角度來看，轉向采用輕度混合動力技術除了降低排放和明顯提高燃油效率的好處外，并沒有其他明顯影響。

隨著美洲、亞洲和歐洲越來越多的國家頒布降低排放的規定，汽車制造商面臨著降低排放和提高燃油能效的任務；這些要求與MHEV技術完美的同步。對于許多制造商來說，48V輕度混合動力系統是一個入門級的技術，我們期待著在短期內會有更多的廠商采用這項技術。

安森美半導體憑借其針對汽車優化、廣泛的電源方案組合，在滿足目前業界發展節能方案的需要上處于有利地位。業界對能效的關注延伸到MHEV技術，安森美半導體在為實現MHEV提供汽車行業所需方案方面已經有良好的記錄。

編輯：hfy