汽車功能電子化的關(guān)鍵步驟之一是將內(nèi)燃機(jī) (ICE) 與電動(dòng)機(jī)結(jié)合起來，研發(fā)出輕度混合動(dòng)力汽車 (MHEV)。作為邁向汽車功能全面電子化的重要里程碑，MHEV 成為了許多還未準(zhǔn)備好過渡到全電動(dòng)汽車的駕駛員的熱門選擇。由于 12V 系統(tǒng)已接近極限，汽車行業(yè)現(xiàn)在正遷移至 48V 系統(tǒng)。這種轉(zhuǎn)變旨在增加可用功率，減小線束和連接器尺寸，并支持額外的電氣設(shè)備和更高的功耗。本文為48V起動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方案指南第一部分，將介紹系統(tǒng)用途、市場趨勢、系統(tǒng)描述。

系統(tǒng)用途

MHEV 的混合動(dòng)力方案基于起動(dòng)發(fā)電機(jī)，而起動(dòng)發(fā)電機(jī)由 48V 鋰離子電池供電。無論是皮帶起動(dòng)發(fā)電機(jī) (BSG) 還是集成起動(dòng)發(fā)電機(jī) (ISG)，都發(fā)揮著雙重作用，即取代傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)模塊，同時(shí)增強(qiáng) ICE 功能。

通過改動(dòng)現(xiàn)有的汽車設(shè)計(jì)，汽車制造商可以輕松實(shí)現(xiàn) 48V 輕度混合動(dòng)力技術(shù)，并將其作為新車型的標(biāo)配功能，滿足全球客戶的需求。MHEV 是一種更經(jīng)濟(jì)的綠色方案，在環(huán)境責(zé)任和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性之間取得了平衡，因此成為客戶的理想選擇。

在減少燃油車排放和提高燃油效率方面，起動(dòng)發(fā)電機(jī)一直是 48V 系統(tǒng)的重點(diǎn)關(guān)注對象。此外，還有其他減排技術(shù)，包括電動(dòng)渦輪增壓器、廢氣再循環(huán) (EGR) 泵和電加熱催化劑。電壓越高，耗電組件的工作效率就越高。

市場趨勢

近年來，48V 配件已經(jīng)開始進(jìn)入純電動(dòng)汽車 (BEV) 應(yīng)用市場。電壓更高的配件可提供與 BEV 配件相同的優(yōu)勢，而 800V 的系統(tǒng)在 BEV 中的應(yīng)用尚不成熟。隨著汽車逐漸采用 48V 電源系統(tǒng)，傳統(tǒng)的 12V 配件將遷移至 48V 總線，這一轉(zhuǎn)變將從系統(tǒng)中的最高負(fù)載開始。

在全球范圍內(nèi)，MHEV 市場一直在穩(wěn)步增長，但增長速度不如 BEV 和插電式混合動(dòng)力汽車 (PHEV) 市場。這表明，消費(fèi)者更喜歡能夠從電網(wǎng)獲取電力的汽車。然而，由于 MHEV 更便宜、更方便且不需要充電站，所以在全球電動(dòng)汽車市場中仍然占有很大的份額。

系統(tǒng)描述

輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (MHEV) 中的起動(dòng)發(fā)電機(jī)

MHEV 是一種將內(nèi)燃機(jī) (ICE) 與 5kW 至 25kW 電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的汽車，這種組合也稱為皮帶起動(dòng)發(fā)電機(jī) (BSG) 或集成起動(dòng)發(fā)電機(jī) (ISG)。BSG/ISG 有效地結(jié)合了起動(dòng)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的功能，創(chuàng)造出 MHEV 混合動(dòng)力汽車。

將 BSG/ISG 應(yīng)用于 ICE 汽車可實(shí)現(xiàn)額外的功能，例如：起停、滑行/制動(dòng)期間的能量回收、從 ICE 產(chǎn)生能量，甚至根據(jù)車輛的不同情況實(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)（或助力）。這些功能運(yùn)行起來非常平順，駕駛員甚至可能不會注意到所駕駛的 MHEV 與傳統(tǒng) ICE 汽車有何不同，除非在使用過程中 ICE 關(guān)斷。

功能和性能取決于 BSG/ISG 在動(dòng)力總成中的位置。圖 1 顯示了起動(dòng)發(fā)電機(jī)在 MHEV 動(dòng)力總成中的潛在放置位置。下頁的表 1 詳細(xì)列出了每個(gè)位置的技術(shù)功能。隨著技術(shù)功能的增多，集成成本和復(fù)雜性也在增加。P0 - P4 是目前指定的位置，對系統(tǒng)而言，每個(gè)位置都有不同程度的功能和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。位置還決定了所用的設(shè)備是 BSG（P0，可能還有 P2）還是 ISG（P1，可能還有 P2、P3 和 P4）。

在 P2、P3 和 P4 位置中，ICE 可以與傳動(dòng)系統(tǒng)斷開，從而在低速條件下實(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)，并在 ICE 關(guān)斷的滑行或制動(dòng)期間產(chǎn)生再生能量。

能量回收功能具有真正的可再生性，因?yàn)槠饎?dòng)發(fā)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)相連，即使在 ICE 關(guān)斷的情況下也能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置 P3 和 P4 可實(shí)現(xiàn)最大能量回收。在前輪驅(qū)動(dòng)汽車的 P4 位置安裝 ISG，可以使用適當(dāng)大小的鋰離子電池實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)功能。

輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（MHEV)中的起動(dòng)發(fā)電機(jī)

BSG/ISG 設(shè)備的安裝位置和耦合機(jī)構(gòu)將影響峰值輸出功率（從 5kW 到 25kW）。如果安裝在 P0 或 P1 處，則功能僅限于起停和能量回收。表 1 顯示了起動(dòng)發(fā)電機(jī)在不同位置的概況及其增加的功能。

當(dāng) ISG 位于傳動(dòng)系統(tǒng)中更靠后的位置 (P2-P4) 時(shí)，在 ISG 用作發(fā)電機(jī)的滑行或制動(dòng)期間，可以進(jìn)行能量回收。即使 ICE 關(guān)斷，車輛的運(yùn)動(dòng)也會帶動(dòng)后橋或傳動(dòng)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

由于 ISG 現(xiàn)在獨(dú)立于 ICE，因此可以采用更激進(jìn)的 ICE 關(guān)斷算法，從而進(jìn)一步減少二氧化碳排放。在這些位置上可以實(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)，這意味著 ISG 在發(fā)揮電機(jī)功能的同時(shí)，還能驅(qū)動(dòng)車輛移動(dòng)。這在走走停停的交通狀況下非常有用，而且也有助于從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)車輛，然后在需要提高車速時(shí)再啟動(dòng) ICE。

表 1：基于 MHEV 內(nèi) P0-P4 位置的功能變化。

MHEV 通常有兩個(gè)電池：“傳統(tǒng)”的 12V 鉛酸電池和 48V 鋰離子 (Li-Ion) 電池。當(dāng)處于能量回收或發(fā)電模式時(shí)，BSG/ISG 為 48V 電池組充電，DC-DC 轉(zhuǎn)換器將 12V 和 48V 電網(wǎng)連接在一起。

ISO 21780:2020 規(guī)定的 48V 系統(tǒng)電壓水平