汽車行業(yè)正進(jìn)入轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)曾被視為實(shí)現(xiàn)完全電氣化的過(guò)渡方案，如今已發(fā)展成為高性能的獨(dú)立平臺(tái)，在全球范圍內(nèi)具有獨(dú)特的市場(chǎng)意義。預(yù)計(jì)2024年到2032年，HEV類別的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到20.70%。

HEV的誕生，源于順應(yīng)消費(fèi)者偏好和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，但如今已形成獨(dú)特的產(chǎn)品定位。面對(duì)這一趨勢(shì)，汽車制造商正在對(duì)混動(dòng)電動(dòng)車架構(gòu)進(jìn)行全維度重構(gòu)。

制勝新賽道的關(guān)鍵，在于動(dòng)力系統(tǒng)的深度整合。動(dòng)力總成性能不再僅僅牽涉發(fā)動(dòng)機(jī)輸出；它更加考量通過(guò)高壓互連、配電網(wǎng)絡(luò)及可擴(kuò)展模塊化組件實(shí)現(xiàn)的全系統(tǒng)（電力與燃油）協(xié)同性能。

了解混合動(dòng)力電動(dòng)汽車架構(gòu)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車架構(gòu)集成了內(nèi)燃機(jī)(ICE)和電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，可提高燃油效率并減少排放。這種集成方案依托三大核心：先進(jìn)的電力電子器件、控制模塊和高壓能源系統(tǒng)來(lái)管理機(jī)械能與電能的高效轉(zhuǎn)化。

早期混合動(dòng)力系統(tǒng)主要基于12V電氣架構(gòu)，僅支持基本的車載電子設(shè)備，如照明、信息娛樂(lè)系統(tǒng)、電動(dòng)車窗和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊。雖然12V平臺(tái)對(duì)于傳統(tǒng)燃油車已經(jīng)足夠，但其功率密度無(wú)法滿足推進(jìn)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效電氣化的需求。

在高效與多功能需求增長(zhǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)下，HEV開始采用高壓架構(gòu)，從48V輕度混合系統(tǒng)，到全混動(dòng)及電動(dòng)汽車采用的400V，乃至更高電壓系統(tǒng)。這些電壓更高的平臺(tái)可提供更先進(jìn)的功能，包括再生制動(dòng)、電動(dòng)渦輪增壓和電動(dòng)配件，同時(shí)通過(guò)更細(xì)線徑的導(dǎo)體降低了布線的復(fù)雜性并減少了銅的使用量。

48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)已從全面電氣化的墊腳石發(fā)展為了長(zhǎng)期解決方案。與12V系統(tǒng)相比，這些系統(tǒng)可節(jié)省約15-20%的燃油，提供了具有成本效益的電氣化路徑，同時(shí)避免了純電動(dòng)汽車(BEV)的續(xù)航限制問(wèn)題。

高壓平臺(tái)具備跨車型適配能力，無(wú)論是緊湊型轎車、SUV還是輕型商用車，均可實(shí)現(xiàn)輕度混動(dòng)，并集成智能啟停、電動(dòng)助力等節(jié)能技術(shù)。

但是，電壓等級(jí)的提升并非直接升級(jí)，也無(wú)法解決不同車型與細(xì)分市場(chǎng)存在的獨(dú)特設(shè)計(jì)難點(diǎn)。HEV工程設(shè)計(jì)需要全面重構(gòu)電氣架構(gòu)，同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的諸多方面進(jìn)行權(quán)衡取舍。較細(xì)的電線能夠減輕汽車重量，但會(huì)帶來(lái)熱和電流處理方面的挑戰(zhàn)。汽車集成的電子控制單元(ECU)、逆變器和電動(dòng)機(jī)越來(lái)越多，一方面增加了復(fù)雜性，另一方面也增加了電磁干擾(EMI)風(fēng)險(xiǎn)。

為解決這些難題，工程師們采用的方法是部署屏蔽電纜組件、鋁母排和柔性互連系統(tǒng)，這些組件可在嚴(yán)苛的汽車運(yùn)行環(huán)境中實(shí)現(xiàn)熱控制、EMI保護(hù)和可靠性。

混合動(dòng)力EV的主要設(shè)計(jì)考慮因素

01集成改進(jìn)的儲(chǔ)能和電池管理

當(dāng)純EV領(lǐng)域聚焦于固態(tài)電池和鋰硫化學(xué)等前沿突破時(shí)，HEV正通過(guò)漸進(jìn)式技術(shù)發(fā)展穩(wěn)步提升實(shí)用性。目前，鋰離子電池仍然是大多數(shù)HEV 平臺(tái)的基礎(chǔ)，其中NMC（鎳錳鈷）和LTO（鈦酸鋰）占據(jù)主導(dǎo)地位。電池化學(xué)的持續(xù)研究可能在未來(lái)數(shù)年內(nèi)快速改變儲(chǔ)能技術(shù)的方向。

高能量密度的NMC電池滿足短途純電需求，而具備超長(zhǎng)循環(huán)壽命、快速充放功能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性的LTO電池，則完美適配城市頻繁啟停的應(yīng)用場(chǎng)景。

電池化學(xué)在向前發(fā)展的同時(shí)，電池架構(gòu)正以更快的速度發(fā)展。分布式電池管理系統(tǒng)(BMS)可對(duì)電池組進(jìn)行分段控制，實(shí)現(xiàn)更智能的熱平衡、故障隔離和預(yù)測(cè)診斷。

在電池接觸系統(tǒng)中應(yīng)用柔性印刷電路(FPC)技術(shù)，通過(guò)輕量化、穩(wěn)定緊湊的設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的菊花鏈?zhǔn)讲季€。這種方案不僅能簡(jiǎn)化裝配流程，還能減重并提升高振動(dòng)環(huán)境下的信號(hào)傳輸性能。

02輕質(zhì)材料

減輕汽車重量是普遍采用的設(shè)計(jì)策略，可極大提升燃油效率并延長(zhǎng)純電動(dòng)續(xù)航里程。關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)部件中的傳統(tǒng)鋼材正逐漸被鋁、碳纖維和先進(jìn)復(fù)合材料所取代。

采用這些輕質(zhì)材料后，電池體積更小、效率更高，能保持相同的續(xù)航里程，同時(shí)提升安全性、空氣動(dòng)力特性、加速及制動(dòng)性能。

03降低高壓風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)系統(tǒng)電壓突破48V，升至160V甚至更高（尤見于插電混動(dòng)車型(PHEV)）時(shí)，安全性成為設(shè)計(jì)的重中之重。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在指導(dǎo)這些安全措施方面發(fā)揮著重要作用，但具體的實(shí)施可能因制造商和地區(qū)而異。ISO 6469-3等新標(biāo)準(zhǔn)提出了快速絕緣監(jiān)測(cè)、電弧故障防護(hù)和強(qiáng)化絕緣屏障等要求。原本專為純電動(dòng)車設(shè)計(jì)的安全方案，現(xiàn)在也逐漸被混動(dòng)車型采納。

與所有架構(gòu)一樣，系統(tǒng)組件必須經(jīng)受嚴(yán)苛環(huán)境的考驗(yàn)，包括溫度波動(dòng)、路面振動(dòng)、潮濕、灰塵和化學(xué)品接觸，從而保障產(chǎn)品生命周期的安全性。專為混動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)的連接器如今普遍采用自清潔觸點(diǎn)、航空級(jí)密封和鎖定機(jī)構(gòu)，確保在各類汽車應(yīng)力條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

為滿足ISO 26262的要求，連接器系統(tǒng)還增設(shè)了診斷路徑，支持在故障發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和安全切斷。安全措施不再是在設(shè)計(jì)完成后追加，而是從一開始就嵌入電氣架構(gòu)之中。

04模塊化案例

如今，汽車平臺(tái)越來(lái)越多采用模塊化電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)，讓汽車制造商能基于同一底盤靈活適配輕混、全混、插混和純電等多種動(dòng)力形式。這種可擴(kuò)展方案不僅能縮短研發(fā)時(shí)間、優(yōu)化物流效率，還能使核心部件在不同車型和市場(chǎng)中通用，顯著降低單位成本。

借助模塊化架構(gòu)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)不同車型的電源、信號(hào)及數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)采用通用的通信協(xié)議和供電路徑，避免重復(fù)開發(fā)，大幅減少機(jī)械整合和軟件開發(fā)的復(fù)雜性。此外，模塊化生產(chǎn)還能精簡(jiǎn)制造流程，減少需要跟蹤的產(chǎn)品編號(hào)，加快產(chǎn)線調(diào)整。

從系統(tǒng)工程的角度來(lái)看，模塊化設(shè)計(jì)加速了平臺(tái)迭代。即使面對(duì)碳化硅(SiC)逆變器、固態(tài)電池等新興動(dòng)力技術(shù)的涌現(xiàn)，汽車制造商也能快速將其融入現(xiàn)有架構(gòu)，幾乎無(wú)需結(jié)構(gòu)性調(diào)整。這種靈活性讓制造商既能順應(yīng)政策和消費(fèi)者偏好變化，又能避免將設(shè)計(jì)推倒重來(lái)。

05電力電子和熱注意事項(xiàng)

作為HEV能量管理的中樞，電力電子系統(tǒng)通過(guò)逆變器和轉(zhuǎn)換器精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)電池、電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)之間的能量調(diào)配。其中，逆變器負(fù)責(zé)將電池的直流電轉(zhuǎn)為電機(jī)所需的交流電，而DC-DC轉(zhuǎn)換器則調(diào)節(jié)電壓來(lái)匹配汽車各子系統(tǒng)的需求。

隨著碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，系統(tǒng)效率得到顯著提升。盡管造價(jià)高于傳統(tǒng)硅基方案，但這些新材料憑借更低的開關(guān)損耗、更高的功率密度和更優(yōu)的散熱表現(xiàn)，正成為緊湊高效混動(dòng)架構(gòu)的理想選擇。

HEV系統(tǒng)在峰值負(fù)荷下可產(chǎn)生高達(dá)5 kW的廢熱，特別是來(lái)自逆變器、轉(zhuǎn)換器和電池模塊的廢熱，因此采用主動(dòng)和被動(dòng)冷卻策略相結(jié)合的方式，包括采用水冷式逆變器、風(fēng)冷式低功耗系統(tǒng)等方案。而相變材料和集成溫度傳感器有助于調(diào)控負(fù)載下的溫度。

熱管理設(shè)計(jì)始終是新車開發(fā)的難點(diǎn)，溫度控制不當(dāng)將直接影響零部件壽命，輕則性能衰減，重則引發(fā)鋰電池熱失控風(fēng)險(xiǎn)。降低連接器工作溫度能幫助汽車制造商實(shí)現(xiàn)汽車長(zhǎng)期的可靠耐用、降低質(zhì)保成本的目標(biāo)。

06連接驅(qū)動(dòng)控制

HEV架構(gòu)成功的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和高效電力分配。先進(jìn)控制算法優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)與電力系統(tǒng)的交互，精準(zhǔn)管理扭矩分配、再生制動(dòng)和電池使用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)和無(wú)線(OTA)更新等功能正在重塑混合動(dòng)力汽車架構(gòu)。

隨著混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，其數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施也必須同步升級(jí)?；旌蟿?dòng)力汽車平臺(tái)需配備高速連接器和電纜組件：既能夠支持CAN和LIN總線通信，又能滿足高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)所需的千兆以太網(wǎng)，同時(shí)還能集成V2X模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。

Molex莫仕如何幫您構(gòu)建可擴(kuò)展的高性能混合架構(gòu)

混合動(dòng)力汽車對(duì)電氣架構(gòu)的要求復(fù)雜且涉及方方面面，需采用專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的全套先進(jìn)硬件。Molex莫仕提供品類豐富的互連、電源和信號(hào)解決方案組合，專用于解決精密的汽車系統(tǒng)的EMI與集成難題。

Molex莫仕不僅有成熟的產(chǎn)品平臺(tái)，還配合推出定制工程支持，幫助汽車制造商擴(kuò)展性能、縮短上市時(shí)間、實(shí)現(xiàn)前瞻性混動(dòng)設(shè)計(jì)，輕松迎接下一波電氣化發(fā)展浪潮。

混合動(dòng)力：

汽車創(chuàng)新的試驗(yàn)場(chǎng)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車不再僅是過(guò)渡方案，更是電動(dòng)化未來(lái)出行的試驗(yàn)場(chǎng)。無(wú)論是48V初始系統(tǒng)，還是400V及以上的全電動(dòng)平臺(tái)，當(dāng)代混動(dòng)架構(gòu)都在為純電時(shí)代鋪路。

但要想在這個(gè)領(lǐng)域一馬當(dāng)先，僅靠電池和電機(jī)的突破遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更需要系統(tǒng)級(jí)別的工程設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力系統(tǒng)的無(wú)縫集成、精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)控制、卓越的熱管理性能，以及靈活可擴(kuò)展的架構(gòu)。

Molex莫仕秉承一貫的汽車創(chuàng)新傳統(tǒng)，同時(shí)推出一系列高壓、EMI屏蔽和熱優(yōu)化解決方案，通過(guò)精工打造的連接產(chǎn)品，幫助推動(dòng)混動(dòng)革新浪潮。