【導讀】一個(ge) 多世紀以來，內(nei) 燃機(ICE)一直是全球汽車工業(ye) 的推進主力。汽車電氣化的創新正在將汽車改進為(wei) 擁有更先進技術的交通解決(jue) 方案。然而，並不是所有的EV都是一樣的，顯而易見目前的幾種混動的動力總成和純電動的動力總成是不同的。

皮帶傳(chuan) 動啟動電機(BSG)或啟動發電一體(ti) 化電機(ISG)是EV發展裏程當中的一個(ge) 解決(jue) 方案。BSG/ISG與(yu) ICE的組合創造了一種輕度混合動力汽車(MHEV)，這種混合動力解決(jue) 方案為(wei) 電子模塊和電動機創造了新的機會(hui) 。

BSG/ISG可替代起動器和交流發電機功能模塊，同時增強了ICE功能。此架構有兩(liang) 個(ge) 電池，一個(ge) 是傳(chuan) 統的12 V電池，另一個(ge) 是48 V鋰離子電池。48 V鋰離子電池可提供更高的功率負載，如為(wei) BSG/ISG的電動機供電的逆變器。MHEV保留了12 V電池為(wei) 車輛中傳(chuan) 統的電子控製模塊供電，並在需要時為(wei) 48 V係統提供備用低壓電子電源。MHEV為(wei) 汽車原始設備製造商(OEM)提供了由傳(chuan) 統內(nei) 燃機推進至純電動車(BEV)之間的的一個(ge) 過渡。

隨著更嚴(yan) 格的二氧化碳排放法規推行，意味著燃油車必須全麵減少車輛的二氧化碳排放量。MHEV實施的門檻相對較低，OEM隻需在現有的車輛平台進行一定程度的改造就可以為(wei) 現有車型提供MHEV車型。MHEV可降低內(nei) 燃機耗油量，從(cong) 而降低車輛的二氧化碳平均排放量。BSG/ISG單元支持啟停功能、滑行或製動時進行能源回收、ICE運行時進行能源產(chan) 生，以及在係統實施時進行電力驅動或增壓。當處於(yu) 能源回收或能源產(chan) 生模式時，BSG/ISG可作為(wei) 發電機運行，向48 V電池組提供反向電流。反過來，DCDC模塊將48 V轉換為(wei) 12 V，為(wei) 傳(chuan) 統 的12 V電池充電。

MHEV是進入EV領域的“軟入口”，因為(wei) 在許多情況下，車主在性能或功能上與(yu) 傳(chuan) 統ICE車輛沒有任何感知上的差別。與(yu) 某些BEV車型相比，MHEV不需要任何形式的電網充電，可快速加燃料，也不會(hui) 讓駕駛者在長途旅行期間產(chan) 生裏程焦慮。事實上，隻有當ICE在特定駕駛場景下關(guan) 斷時，駕駛員或乘客才可能注意到MHEV的功能差異。發動機溫度、最後一次熄火間隔時間、電池電壓電平和充電狀態、電氣負載和可實現的最低車速都是由算法監控的一些特定工況，用以確定ICE或BSG/ISG的使用情況。而這些算法決(jue) 策背後的複雜性並不是本文的主題。

製造商可在車輛中有不同位置集成BSG/ISG。P0 - P4是目前指定的位置，每個(ge) 位置都為(wei) 係統提供不同程度的功能和設計挑戰。

圖1：BSG/ISG在車輛動力總成中的位置

在這些不同的位置，BSG/ISG的功率輸出、與(yu) 動力總成的耦合方法以及相關(guan) 功能均不相同。如之前所述，該裝置的功能包括啟停、低速時的電力驅動、ICE的能源產(chan) 生和能源回收。當ICE關(guan) 斷時，可以在滑行或製動期間進行能源回收，ICE運行時則進行能源產(chan) 生(發電機功能)，以便為(wei) 48 V鋰離子電池提供電源。快速瀏覽這些位置，您就會(hui) 發現當發動機關(guan) 斷時，P0或P1位置是無法進行能源回收的。然而，當ICE關(guan) 斷時，P2 - P4位置則可以在滑行或製動期間回收能量，因為(wei) 動力傳(chuan) 動係統的機械運動將帶動電動機運轉，以實現發電功能。以下圖表列出了基於(yu) BSG/ISG在車輛中P0 - P4位置的功能變化。

表1：BSG/ISG在不同位置的功能表

BSG/ISG單元的峰值輸出功率從(cong) 5 kW到25+ kW，安裝位置和耦合機製將影響該額定值。由於(yu) 皮帶打滑和施加的最大扭矩，皮帶傳(chuan) 動係統的功率將受到限製，而使用齒輪齧合或直接連接至曲軸的直接傳(chuan) 動係統可以實現更高的功率輸出。P0 - P4的安裝位置不僅(jin) 會(hui) 影響峰值功率，還會(hui) 影響係統級效率。

位置P0的峰值功率受皮帶聯動裝置的限製。能源回收或產(chan) 生要求起動ICE以轉動BSG/ISG單元。而BSG/ISG單元的旋轉與(yu) ICE的旋轉或轉數直接相關(guan) 。因此，如果ICE每分鍾轉數(RPM)由於(yu) 滑行或製動而下降，BSG為(wei) 48 V電池生成的電力也會(hui) 降低。這種受限的能源回收功能意味著發動機關(guan) 斷算法將不會(hui) 那麽(me) 積極，也不會(hui) 像其他選項那樣節省燃油。

位置P1直接連接至發動機曲軸，且不會(hui) 出現與(yu) 皮帶相關(guan) 的打滑現象。與(yu) 位置P0相比，P1可以實現更高的峰值輸出功率和扭矩。位置P1的其餘(yu) 功能與(yu) P0相同。

位置P2能夠與(yu) 動力總成進行皮帶或齒輪齧合連接，位於(yu) ICE和變速器輸入之間。離合器係統可以齧合或分離ICE與(yu) 傳(chuan) 動係統，在這個(ge) 位置，傳(chuan) 動係統可以與(yu) BSG/ISG實現更高的扭矩輸出和更高的速度/扭矩比。離合器還允許BSG/ISG在ICE關(guan) 斷期間低速提供純電動驅動。能源回收功能具有真正的可再生性，因為(wei) 單元與(yu) 傳(chuan) 動係統相連，即使在ICE關(guan) 斷的情況下也能繼續旋轉。這種改進的能源回收功能支持更積極的發動機關(guan) 斷算法，從(cong) 而可以比位置P0或P1節省更多的燃料。

位置P3是變速器輸出軸上的齒輪齧合聯動裝置。由於(yu) 與(yu) 位置P0-P2相關(guan) , ICE和變速箱的損耗都非常小。離合器可以讓ICE與(yu) 傳(chuan) 動係統斷開，與(yu) 位置P2類似，從(cong) 而在低速條件下實現電動驅動，並在滑行或ICE關(guan) 斷期間產(chan) 生再生能量。

位置P4是後橋或差速器上的齒輪齧合聯動裝置，具有位置P3的所有功能。這個(ge) 位置和位置P3可以實現最大限度的能源回收。在前輪驅動(FWD)汽車的這個(ge) 位置安裝一個(ge) ISG，可以使用適當大小的鋰離子電池實現四輪驅動(AWD)功能。

汽車製造商可以在位置P0 - P4裝置多個(ge) BSG/ISG單元。這種組合可將車輛轉換為(wei) MHEV之前，實現更多的功能，或重複使用車輛以前的平台。最大限度地重複利用可降低過渡到MHEV拓撲結構的成本影響，對OEM和客戶都有利。

如ICE在停車時關(guan) 斷，或在滑行或製動期間關(guan) 斷ICE，終端用戶將注意到MHEV的細微差別。他們(men) 會(hui) 發現，如果車輛在位置P2 - P4上安裝了BSG/ISG單元，ICE 可能不會(hui) 立即重啟，因為(wei) 電動驅動將在完全停止狀態下行駛車輛。MHEV並不是BEV那樣的零排放車輛(ZEV)，但可以實現二氧化碳減排，幅度為(wei) 4%至10%(Yole Développement，2020)，同時OEM可以利用車輛電氣化技術升級其車隊。無論是小小的進步和巨大的飛躍都將產(chan) 生累積效應，以實現更清潔的環境。在BEV能夠滿足所有用例需求之前，MHEV將有助於(yu) 減少交通運輸對環境的影響，同時滿足消費者對性能的期望。

這些多功能BSG/ISG單元為(wei) MHEV注入“混合動力”，占每年所有EV產(chan) 量的三分之一，預其這這一比例至少保持到2026年。在複合年增長率(CAGR)為(wei) 19.8%的情況下，這些係統的數量將大幅增長，同時加速EV車隊轉型(Strategy Analytics，2020)。

圖 2：2026年電動汽車的電氣化分類

設計BSG/ISG單元時需要考慮許多工程因素。模塊設計受峰值和恒定輸出功率、位置(P0 - P4)、冷卻方式和空間限製等因素的影響。對於(yu) 逆變器中使用的電子控製和動力電子設備，最大功率密度、高能效和長期可靠性的要求都至關(guan) 重要。

安森美(onsemi)提供麵向汽車BGS/ISG設計的可擴展技術。該組合包括中壓MOSFET和汽車電源模塊、柵極驅動器、穩壓電源和車載網絡(IVN)解決(jue) 方案。與(yu) 安森美合作的客戶可以實現高性能解決(jue) 方案，並為(wei) 其BSG和ISG的應用開發提供完整的功率方案。

參考文獻

Yole Développement，(2020年)，2020年麵向電動汽車和混合動力電動車的動力電子設備。

Strategic Analytics，(2020年10月)，2018至2027年汽車傳(chuan) 感器需求。

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