汽车行业正进入转型的关键阶段。混合动力电动汽车(HEV)曾被视为实现完全电气化的过渡方案,如今已发展成为高性能的独立平台,在全球范围内具有独特的市场意义。预计2024年到2032年,HEV类别的复合年增长率将达到20.70%。
HEV的诞生,源于顺应消费者偏好和日益严格的排放法规,但如今已形成独特的产品定位。面对这一趋势,汽车制造商正在对混动电动车架构进行全维度重构。
制胜新赛道的关键,在于动力系统的深度整合。动力总成性能不再仅仅牵涉发动机输出;它更加考量通过高压互连、配电网络及可扩展模块化组件实现的全系统(电力与燃油)协同性能。
了解混合动力电动汽车架构
混合动力电动汽车架构集成了内燃机(ICE)和电动动力系统,可提高燃油效率并减少排放。这种集成方案依托三大核心:先进的电力电子器件、控制模块和高压能源系统来管理机械能与电能的高效转化。
早期混合动力系统主要基于12V电气架构,仅支持基本的车载电子设备,如照明、信息娱乐系统、电动车窗和发动机控制模块。虽然12V平台对于传统燃油车已经足够,但其功率密度无法满足推进系统和辅助系统实现有效电气化的需求。
在高效与多功能需求增长的双重驱动下, HEV开始采用高压架构,从48V轻度混合系统,到全混动及电动汽车采用的400V,乃至更高电压系统。 这些电压更高的平台可提供更先进的功能,包括再生制动、电动涡轮增压和电动配件,同时通过更细线径的导体降低了布线的复杂性并减少了铜的使用量。
48V轻度混合动力系统已从全面电气化的垫脚石发展为了长期解决方案。与12V系统相比,这些系统 可节省约15-20%的燃油 ,提供了具有成本效益的电气化路径,同时避免了纯电动汽车(BEV)的续航限制问题。
高压平台具备跨车型适配能力,无论是紧凑型轿车、SUV还是轻型商用车,均可实现轻度混动,并集成智能启停、电动助力等节能技术。
但是,电压等级的提升并非直接升级,也无法解决不同车型与细分市场存在的独特设计难点。HEV工程设计需要全面重构电气架构,同时对整个系统的诸多方面进行权衡取舍。 较细的电线能够减轻汽车重量,但会带来热和电流处理方面的挑战。 汽车集成的电子控制单元(ECU)、逆变器和电动机越来越多,一方面增加了复杂性,另一方面也增加了电磁干扰(EMI)风险。
为解决这些难题,工程师们采用的方法是部署屏蔽电缆组件、铝母排和柔性互连系统,这些组件可在严苛的汽车运行环境中实现热控制、EMI保护和可靠性。
混合动力EV****的主要设计考虑因素
01
集成改进的
储能和电池管理
当纯EV领域聚焦于固态电池和锂硫化学等前沿突破时, HEV正通过渐进式技术发展稳步提升实用性。 目前,锂离子电池仍然是大多数HEV 平台的基础,其中NMC(镍锰钴)和LTO(钛酸锂)占据主导地位。电池化学的持续研究可能在未来数年内快速改变储能技术的方向。
高能量密度的NMC电池满足短途纯电需求,而具备超长循环寿命、快速充放功能和优异的热稳定性的LTO电池,则完美适配城市频繁启停的应用场景。
电池化学在向前发展的同时,电池架构正以更快的速度发展。分布式电池管理系统(BMS)可对电池组进行分段控制,实现更智能的热平衡、故障隔离和预测诊断。
在电池接触系统中应用柔性印刷电路(FPC)技术,通过轻量化、稳定紧凑的设计取代传统的菊花链式布线。这种方案不仅能简化装配流程,还能减重并提升高振动环境下的信号传输性能。
02
轻质
材料
减轻汽车重量是普遍采用的设计策略,可极大提升燃油效率并延长纯电动续航里程。关键结构和动力系统部件中的传统钢材正逐渐被铝、碳纤维和先进复合材料所取代。
采用这些轻质材料后**,电池体积更小、效率更高,能保持相同的续航里程,同时提升安全性、空气动力特性、加速及制动性能。**
03
降低
高压风险
当系统电压突破48V,升至160V甚至更高(尤见于插电混动车型(PHEV))时,安全性成为设计的重中之重。行业标准在指导这些安全措施方面发挥着重要作用,但具体的实施可能因制造商和地区而异。ISO 6469-3等新标准提出了快速绝缘监测、电弧故障防护和强化绝缘屏障等要求。原本专为纯电动车设计的安全方案,现在也逐渐被混动车型采纳。
与所有架构一样,系统组件必须经受严苛环境的考验,包括温度波动、路面振动、潮湿、灰尘和化学品接触,从而保障产品生命周期的安全性。专为混动平台设计的连接器如今普遍采用自清洁触点、航空级密封和锁定机构,确保在各类汽车应力条件下长期稳定工作。
为满足ISO 26262的要求, 连接器系统还增设了诊断路径,支持在故障发生时实现故障检测和安全切断。 安全措施不再是在设计完成后追加,而是从一开始就嵌入电气架构之中。
04
模块化
案例
如今,汽车平台越来越多采用模块化电气架构设计,让汽车制造商能基于同一底盘灵活适配轻混、全混、插混和纯电等多种动力形式。这种可扩展方案不仅能 缩短研发时间、优化物流效率 ,还能使核心部件在不同车型和市场中通用,显著降低单位成本。
借助模块化架构,设计团队可以实现 不同车型的电源、信号及数据接口标准化 ,同时 采用通用的通信协议和供电路径,避免重复开发,大幅减少机械整合和软件开发的复杂性。 此外,模块化生产还能精简制造流程,减少需要跟踪的产品编号,加快产线调整。
从系统工程的角度来看,模块化设计加速了平台迭代。即使面对碳化硅(SiC)逆变器、固态电池等新兴动力技术的涌现,汽车制造商也能快速将其融入现有架构,几乎无需结构性调整。这种灵活性让制造商既能顺应政策和消费者偏好变化,又能避免将设计推倒重来。
05
电力电子和
热注意事项
作为HEV能量管理的中枢,电力电子系统通过逆变器和转换器精准实现电池、电机与内燃机之间的能量调配。其中,逆变器负责将电池的直流电转为电机所需的交流电,而DC-DC转换器则调节电压来匹配汽车各子系统的需求。
随着碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料的应用,系统效率得到显著提升 。尽管造价高于传统硅基方案,但这些新材料凭借更低的开关损耗、更高的功率密度和更优的散热表现,正成为紧凑高效混动架构的理想选择。
HEV系统在峰值负荷下可产生高达5 kW的废热,特别是来自逆变器、转换器和电池模块的废热,因此 采用主动和被动冷却策略相结合的方式 ,包括采用水冷式逆变器、风冷式低功耗系统等方案。而相变材料和集成温度传感器有助于调控负载下的温度。
热管理设计始终是新车开发的难点,温度控制不当将直接影响零部件寿命,轻则性能衰减,重则引发锂电池热失控风险。降低连接器工作温度能帮助汽车制造商实现汽车长期的可靠耐用、降低质保成本的目标。
06
连接
驱动控制
HEV架构成功的关键在于实现高速数据传输和高效电力分配。先进控制算法优化内燃机与电力系统的交互,精准管理扭矩分配、再生制动和电池使用。随着物联网技术的融入,**实时监控、预测性维护和无线(OTA)更新等功能正在重塑混合动力汽车架构。 **
随着混合动力系统的发展,其数字基础设施也必须同步升级。混合动力汽车平台需配备高速连接器和电缆组件:既能够支持CAN和LIN总线通信,又能满足高级驾驶辅助系统(ADAS)所需的千兆以太网,同时还能集成V2X模块来实现车路协同。
Molex莫仕
如何帮您构建可扩展的
高性能混合架构
混合动力汽车对电气架构的要求复杂且涉及方方面面,需采用专为汽车应用设计的全套先进硬件。Molex莫仕提供品类丰富的互连、电源和信号解决方案组合,专用于解决精密的汽车系统的EMI与集成难题。
Molex莫仕不仅有成熟的产品平台,还配合推出定制工程支持,帮助汽车制造商扩展性能、缩短上市时间、实现前瞻性混动设计,轻松迎接下一波电气化发展浪潮。
混合动力:
汽车创新的试验场
混合动力电动汽车不再仅是过渡方案,更是电动化未来出行的试验场。无论是48V初始系统,还是400V及以上的全电动平台,当代混动架构都在为纯电时代铺路。
但要想在这个领域一马当先,仅靠电池和电机的突破远远不够,更需要系统级别的工程设计,包括动力系统的无缝集成、精准的实时控制、卓越的热管理性能,以及灵活可扩展的架构。
Molex莫仕秉承一贯的汽车创新传统,同时推出一系列高压、EMI屏蔽和热优化解决方案,通过精工打造的连接产品,帮助推动混动革新浪潮。
即刻了解Molex HEV解决方案,对接我们的汽车工程团队。
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