迈向轻度混合动力电动车的关键：48V起动发电机详细解析

汽车功能电子化的关键步骤之一是将内燃机 (ICE) 与电动机结合起来，研发出轻度混合动力汽车 (MHEV)。作为迈向汽车功能全面电子化的重要里程碑，MHEV 成为了许多还未准备好过渡到全电动汽车的驾驶员的热门选择。由于 12V 系统已接近极限，汽车行业现在正迁移至 48V 系统。这种转变旨在增加可用功率，减小线束和连接器尺寸，并支持额外的电气设备和更高的功耗。本文为48V起动发电机系统方案指南第一部分，将介绍系统用途、市场趋势、系统描述。

系统用途

MHEV 的混合动力方案基于起动发电机，而起动发电机由 48V 锂离子电池供电。无论是皮带起动发电机 (BSG) 还是集成起动发电机 (ISG)，都发挥着双重作用，即取代传统起动机和交流发电机模块，同时增强 ICE 功能。

通过改动现有的汽车设计，汽车制造商可以轻松实现 48V 轻度混合动力技术，并将其作为新车型的标配功能，满足全球客户的需求。MHEV 是一种更经济的绿色方案，在环境责任和经济实用性之间取得了平衡，因此成为客户的理想选择。

在减少燃油车排放和提高燃油效率方面，起动发电机一直是 48V 系统的重点关注对象。此外，还有其他减排技术，包括电动涡轮增压器、废气再循环 (EGR) 泵和电加热催化剂。电压越高，耗电组件的工作效率就越高。

市场趋势

近年来，48V 配件已经开始进入纯电动汽车 (BEV) 应用市场。电压更高的配件可提供与 BEV 配件相同的优势，而 800V 的系统在 BEV 中的应用尚不成熟。随着汽车逐渐采用 48V 电源系统，传统的 12V 配件将迁移至 48V 总线，这一转变将从系统中的最高负载开始。

在全球范围内，MHEV 市场一直在稳步增长，但增长速度不如 BEV 和插电式混合动力汽车 (PHEV) 市场。这表明，消费者更喜欢能够从电网获取电力的汽车。然而，由于 MHEV 更便宜、更方便且不需要充电站，所以在全球电动汽车市场中仍然占有很大的份额。

系统描述

轻度混合动力电动汽车 (MHEV) 中的起动发电机

MHEV 是一种将内燃机 (ICE) 与 5kW 至 25kW 电动机相结合的汽车，这种组合也称为皮带起动发电机 (BSG) 或集成起动发电机 (ISG)。BSG/ISG 有效地结合了起动电机和交流发电机的功能，创造出 MHEV 混合动力汽车。

将 BSG/ISG 应用于 ICE 汽车可实现额外的功能，例如：起停、滑行/制动期间的能量回收、从 ICE 产生能量，甚至根据车辆的不同情况实现电力驱动（或助力）。这些功能运行起来非常平顺，驾驶员甚至可能不会注意到所驾驶的 MHEV 与传统 ICE 汽车有何不同，除非在使用过程中 ICE 关断。

功能和性能取决于 BSG/ISG 在动力总成中的位置。图 1 显示了起动发电机在 MHEV 动力总成中的潜在放置位置。下页的表 1 详细列出了每个位置的技术功能。随着技术功能的增多，集成成本和复杂性也在增加。P0 - P4 是目前指定的位置，对系统而言，每个位置都有不同程度的功能和设计挑战。位置还决定了所用的设备是 BSG（P0，可能还有 P2）还是 ISG（P1，可能还有 P2、P3 和 P4）。

在 P2、P3 和 P4 位置中，ICE 可以与传动系统断开，从而在低速条件下实现电力驱动，并在 ICE 关断的滑行或制动期间产生再生能量。

能量回收功能具有真正的可再生性，因为起动发电机与传动系统相连，即使在 ICE 关断的情况下也能继续运转。位置 P3 和 P4 可实现最大能量回收。在前轮驱动汽车的 P4 位置安装 ISG，可以使用适当大小的锂离子电池实现四轮驱动功能。

轻度混合动力电动汽车（MHEV)中的起动发电机

BSG/ISG 设备的安装位置和耦合机构将影响峰值输出功率（从 5kW 到 25kW）。如果安装在 P0 或 P1 处，则功能仅限于起停和能量回收。表 1 显示了起动发电机在不同位置的概况及其增加的功能。

当 ISG 位于传动系统中更靠后的位置 (P2-P4) 时，在 ISG 用作发电机的滑行或制动期间，可以进行能量回收。即使 ICE 关断，车辆的运动也会带动后桥或传动轴继续转动。

由于 ISG 现在独立于 ICE，因此可以采用更激进的 ICE 关断算法，从而进一步减少二氧化碳排放。在这些位置上可以实现电力驱动，这意味着 ISG 在发挥电机功能的同时，还能驱动车辆移动。这在走走停停的交通状况下非常有用，而且也有助于从静止状态启动车辆，然后在需要提高车速时再启动 ICE。

表 1：基于 MHEV 内 P0-P4 位置的功能变化。

MHEV 通常有两个电池：“传统”的 12V 铅酸电池和 48V 锂离子 (Li-Ion) 电池。当处于能量回收或发电模式时，BSG/ISG 为 48V 电池组充电，DC-DC 转换器将 12V 和 48V 电网连接在一起。

ISO 21780:2020 规定的 48V 系统电压水平