在典型的车辆中，牵引力系统必须能够在非常广泛的功率和速度条件下操作。这通常在扭矩范围内被称为。使用杂交的动力总成使系统设计人员以在扭矩范围的不同部分期间优化每个系统的性能的方式来安排多电源的自由度。
该电源能够提供非常大的扭矩，并在加速车辆时工作良好，但它只能在有限的时间内使用。所涉及的具体时间取决于电池的大小和电机的扭矩输出。
有了这种产生高扭矩的动力源，内燃机(ICE)的尺寸可以大大缩小，燃油效率大大提高。然而，添加电源当然不是简单的工程问题，需要一个方法，包括与许多车辆系统相关的设计考虑。
传统上，电气化是通过添加一个高压(~350 V)电池和一个高性能电机直接耦合到ICE动力系统来实现的。这些“全”混合动力汽车已经被定义为燃油效率高的汽车，并且从提高效率的角度来看非常有吸引力。然而，他们增加了相当多的成本和重量的车辆。
最近，48v汽车系统架构受到了相当多的关注。这些系统可以被认为是迈向全混合动力汽车的部分步骤。通常，它们被称为“轻度混合动力车”，但当设计在较低功率水平时，也可以被归类为“微型混合动力车”。它们使用了一个相对紧凑的48v电池，一个高性能的电机，通常至少一个额外的48v电气化子系统。48v系统的低成本使其成为许多汽车oem的一个有吸引力的附加产品，而且它们可能很快就会成为大多数汽车制造商的产品组合的一部分。
48V架构
48V架构的选择大而且不断增加。最基本的系统包括电池，起动器发生器，48V至12V转换器，通常至少一个48V负载。由于48V车辆仍然保留12V电池和多个12V负载，因此这些系统可能存在于目前的双电压系统（图。1）。
1.典型的48V轻度混合系统电拓扑结构具有链接到两侧的双向转换器。
使用这些双电压系统，可能会有大量的新配置。由于48v系统基本上能够提供更高的功率水平，它将支持新的更高功率的外围设备，如48v E-Turbo和48v E-Roll稳定系统。此外，更高的电力可用性将鼓励高耗电量的12v负载迁移到48v总线，以利用更高的效率。
最初，双电压系统的12-V系统侧将保持原样，减去12-V交流发电机。由于没有12-V电源的产生源，因此对转换器的需求产生负责将48-V生成功率传送到12-V侧。即使转换器必须高效，它仍然将在所有12V负载上施加损失罚款，因为它们必须通过转换器来源它们的电力。在额外的损失和功率限制之间，将12-V外围设备移动到48V操作将存在强大的激励。
这些转换器设计为双向，可以在高需求期间组合使用两种电池。双向转换器能够将电源转换为另一个电池，并且可能存在一些时间来。
除了冗余之外，没有技术原因是保持其他12 v启动器，其删除是一个可能的未来趋势。如果被淘汰，则可以显着降低12-V电池的尺寸。它甚至可以完全删除，但这将是一个大胆的移动，需要非常仔细地设计转换器。
在48v系统侧，起动器-发电机是主要部件。它负责产生汽车所有的电力以及汽车的启动。它还可以在车辆制动过程中进行再生能量回收。在这种模式下，机器就像一个发电机，向动力系统提供负转矩，使车辆减速，并为电池回收电荷。启动器生成器有多种配置和功率级别，每一种都有非常具体的实现目标。
2.混合社区采用了一个简写代码，以确定电机将电机放入底盘子系统。该系统产生标签，以指示电机通过使用一组PX指示器将电机耦合到动力总成系统中的每个位置。
混合社区采用了一种简写代码，以确定电机将电机放入底盘子系统。该系统产生标签，以指示电机通过使用一组P将电机耦合到动力总成系统中的每个位置x指标。从P0到P4的指示灯的编号随着电源插入点穿过车辆后部而增加（图2）。
皮带驱动起动发电机(BSG)的功率水平最小，因为它的插入点在发动机的前端附件驱动(FEAD)，扭矩的传递必须通过钢带耦合。底盘插入的其余点，P2-P4，都能够更高的功率水平，因为他们是通过钢齿轮耦合。
此外，更高功率机器具有能够为冰提供牵引力的附加功能。这意味着除了由冰提供的内容之外，电源可以增加车辆的加速度。在某些配置中，可以想到电源可以自行移动车辆，冰块关闭。这取决于电机可获得的牵引力辅助量及其在底盘子系统中的放置。
48 v子系统
48-V至12-V电源转换器将是双电压系统的要求。为12-V系统提供电源的要求，而不存在12V交流发电机，要求此组件。对双向行为和高效率的需求也需要专门的设计方法。
这些转换器的典型功率范围在1- 3千瓦范围内。为了在如此大的功率范围内保持高效率，设计师通常选择流行的多级降压变换器。降压拓扑允许电源从高电压侧流向低电压侧。类似地，升压拓扑允许功率流向相反的方向。
多级设计允许共享多个独立的转换器子电路，并结合成一个高功率设计。当变换器的输出负载很重时，所有的子电路都可以工作。当变换器输出负载较轻时，许多子电路将被关闭，从而提供更低的损耗和更好的效率。
有各种各样的48V负载;许多更高功率的负载无法通过12v系统实现，其中最高的是电子控制增压器。由于增压器需要在几分之一秒内加速到极高的速度，它需要大量的瞬态功率。典型的增压器驱动由低惯性三相电机组成，由三相功率逆变器驱动。平均功率较低，但峰值功率可达8千瓦以上。
这些宽功率范围配置文件是48 V系统的完美匹配。许多其他车辆子系统也非常适合于单相和三相配置的48V架构。可以看到潜在的48V负载列表图3。
其他48 v系统
48v电池系统由锂离子电池组成，这比铅酸电池需要更多的小心和操作。因此，48v汽车需要电池管理系统(BMS)。该系统负责监测电池电压和电池温度，以便电池能够安全地充电。由于48v系统的再生能力，这种情况也变得更加复杂。在汽车电池的充电状态足够低的时候，可以要求再生。然而，小心控制BMS对于防止过度充电或过热是至关重要的。
此外，48v电路的熔合和接触要求更为复杂。目前尚不清楚，如果在48v系统中使用，12v的叶片型熔断器能否提供足够的防弧功能。此外，由于48v系统所需的继电器接触距离将大于12v系统，因此保险丝和继电器将需要重新设计。由于这两种组件的需求都可以通过使用半导体器件很容易地解决，因此很有可能这些问题将通过电子解决方案来解决。
结论
在12v的汽车上增加48v系统，将为设计师提供机会，实现当今汽车所需的燃油效率提高。这也将大大增加对新型电力电子电路的需求。尽管未来48v架构还会有很多不同版本，但最终的结果将由汽车客户在权衡性能、收益和成本后做出。
约翰·格拉博夫斯基是一名系统设计工程师在半导体上。
