下一代HEV：如何提升混合動力車的性能

汽車產業正進入轉型的關鍵階段。混合動力電動車（HEV）曾被視為實現完全電氣化的過渡方案，如今已發展成為高性能的獨立平台，在全球範圍內具有獨特的市場意義。預計2024年到2032年，HEV類別的複合年增長率將達到20.70%。

HEV的誕生，源於順應消費者偏好和日益嚴格的排放法規，但如今已形成獨特的產品定位。面對這一趨勢，汽車製造商正在對混合動力電動車架構進行全方位的重構。

制勝新賽道的關鍵，在於動力系統的深度整合。動力總成性能不再僅僅涉及引擎輸出；它更注重透過高壓互連、配電網路及可擴展模組化元件實現的全系統（電力與燃油）協同性能。
 

了解混合動力

電動汽車架構

混合動力電動汽車架構整合了內燃機（ICE）和電動動力系統，可提升燃油效率並減少排放。這種整合方案依賴三大核心：先進的電力電子元件、控制模組和高壓能源系統用來管理機械能與電能的高效轉化。

早期的混合動力系統主要基於12V電氣架構，僅支援基本的車載電子設備，例如照明、資訊娛樂系統、電動車窗以及引擎控制模組。雖然12V平台對於傳統燃油車已經足夠，但其功率密度無法滿足推進系統和輔助系統有效電氣化的需求。

在高效與多功能需求增長的雙重驅動下，HEV開始採用高壓架構，從48V輕度混合系統，到全混動及電動汽車採用的400V，甚至更高電壓系統。這些電壓更高的平台可提供更先進的功能，包括再生制動、電動渦輪增壓和電動配件，同時透過更細線徑的導體降低了布線的複雜性並減少了銅的使用量。

48V輕度混合動力系統已從全面電氣化的墊腳石發展為長期解決方案。與12V系統相比，這些系統可節省約15-20%的燃油提供了具成本效益的電氣化途徑，同時避免了純電動車（BEV）續航限制的問題。

高壓平台具備跨車型適配能力，無論是緊湊型轎車、SUV還是輕型商用車，均可實現輕度混動，並整合智慧啟停、電動助力等節能技術。

但是，電壓等級的提升並非直接升級，也無法解決不同車型與細分市場存在的獨特設計難點。HEV工程設計需要全面重構電氣架構，同時對整個系統的諸多方面進行權衡取捨。較細的電線能夠減輕汽車重量，但會帶來熱量和電流處理方面的挑戰。汽車整合的電子控制單元（ECU）、逆變器和電動馬達越來越多，一方面增加了複雜性，另一方面也增加了電磁干擾（EMI）的風險。

為了解決這些難題，工程師們採用的方法是部署屏蔽電纜組件、鋁母排和柔性互連系統，這些組件能在嚴苛的汽車運行環境中實現熱控制、EMI保護和可靠性。
 

混合動力電動車的

主要設計考量因素
 

01整合改進的儲能與電池管理

當純電動車領域聚焦於固態電池和鋰硫化學等前沿突破時，HEV正透過漸進式技術發展穩步提升實用性。目前，鋰離子電池仍然是大多數HEV平台的基礎，其中NMC（鎳錳鈷）和LTO（鋰鈦氧化物）占據主導地位。電池化學的持續研究可能在未來數年內快速改變儲能技術的方向。

高能量密度的NMC電池滿足短途純電需求，而具備超長循環壽命、快速充放功能和優異熱穩定性的LTO電池，則完美適配城市頻繁啟停的應用場景。

電池化學在持續進步的同時，電池架構正以更快的速度發展。分散式電池管理系統（BMS）可以對電池組進行分段控制，實現更智慧的熱平衡、故障隔離以及預測診斷。

在電池接觸系統中應用柔性印刷電路（FPC）技術，透過輕量化、穩定且緊湊的設計取代傳統的菊花鏈式佈線。這種方案不僅能簡化組裝流程，還能減輕重量並提升在高振動環境下的訊號傳輸性能。

02 輕質材料

減輕汽車重量是普遍採用的設計策略，可大幅提升燃油效率並延長純電動續航里程。關鍵結構和動力系統部件中的傳統鋼材正逐漸被鋁、碳纖維和先進複合材料所取代。

採用這些輕質材料後電池體積更小、效率更高，能保持相同的續航里程，同時提升安全性、空氣動力特性、加速及制動性能。

03 降低高壓風險

當系統電壓突破48V，升至160V甚至更高（尤其常見於插電式混合動力車型（PHEV））時，安全性成為設計的首要考量。業界標準在指導這些安全措施方面發揮著重要作用，但具體的實施方式可能因製造商和地區而有所不同。ISO 6469-3 等新標準提出了快速絕緣監測、電弧故障防護和強化絕緣屏障等要求。原本專為純電動車設計的安全方案，現在也逐漸被混合動力車型採納。

與所有架構一樣，系統元件必須經受嚴苛環境的考驗，包括溫度波動、路面震動、潮濕、灰塵以及化學品接觸，以保障產品生命周期的安全性。專為混合動力平台設計的連接器如今普遍採用自清潔接點、航空級密封和鎖定機構，確保在各類汽車應力條件下長期穩定運作。

為了滿足ISO 26262的要求，連接器系統還新增了診斷路徑，支援在故障發生時進行故障檢測和安全切斷。安全措施不再是在設計完成後追加，而是從一開始就嵌入電氣架構之中。

04 模組化案例

如今，汽車平台越來越多採用模組化電氣架構設計，讓汽車製造商能基於同一底盤靈活適配輕混、全混、插混和純電等多種動力形式。這種可擴展方案不僅能...縮短研發時間、優化物流效率，還能使核心零件在不同車型和市場中通用，顯著降低單位成本。

從系統工程的角度來看，模組化設計加速了平台迭代。即使面對碳化矽 (SiC) 逆變器、固態電池等新興動力技術的湧現，汽車製造商也能快速將其融入現有架構，幾乎不需要結構性調整。這種靈活性讓製造商既能順應政策和消費者偏好變化，又能避免重新設計的麻煩。

05 電力電子與熱注意事項

作為HEV能量管理的中樞，電力電子系統透過逆變器和轉換器精準實現電池、電機與內燃機之間的能量調配。其中，逆變器負責將電池的直流電轉換為電機所需的交流電，而DC-DC轉換器則調節電壓以匹配汽車各子系統的需求。

隨著碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬能隙半導體材料的應用，系統效率得到顯著提升。儘管造價高於傳統矽基方案，但這些新材料憑藉更低的開關損耗、更高的功率密度以及更佳的散熱表現，正成為緊湊高效混合動力架構的理想選擇。

HEV系統在峰值負載下可產生高達5 kW的廢熱，特別是來自逆變器、轉換器和電池模組的廢熱，因此採用主動與被動冷卻策略相結合的方式包括採用水冷式逆變器、風冷式低功耗系統等方案。而相變材料和整合溫度感測器有助於調控負載下的溫度。

熱管理設計始終是新車開發的難點，溫度控制不當將直接影響零組件壽命，輕則性能衰減，重則引發鋰電池熱失控風險。降低連接器的工作溫度能幫助汽車製造商實現汽車長期的可靠耐用，並降低保固成本的目標。

06 連接驅動控制

HEV 架構成功的關鍵在於實現高速數據傳輸和高效電力分配。先進的控制演算法優化內燃機與電力系統的互動，精準管理扭矩分配、再生煞車以及電池使用。隨著物聯網技術的融入，即時監控、預測性維護和無線(OTA)更新等功能正在重塑混合動力汽車架構。

隨著混合動力系統的發展，其數位基礎設施也必須同步升級。混合動力汽車平台需配備高速連接器和電纜組件：既能夠支援CAN和LIN匯流排通訊，又能滿足先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的千兆乙太網，同時還能整合V2X模組來實現車路協同。

Molex莫仕

如何幫您建構可擴展的

高效能混合架構
 

混合動力車對電氣架構的要求相當複雜且涉及多方面，必須採用專為汽車應用設計的全套先進硬體。Molex莫仕提供種類豐富的互連、電源和信號解決方案組合，專門用於解決精密汽車系統的EMI與整合難題。

Molex莫仕不僅擁有成熟的產品平台，還提供客製化的工程支援，協助汽車製造商提升性能、縮短上市時間，實現前瞻性的混合動力設計，輕鬆迎接下一波電氣化發展浪潮。
 

混合動力：

汽車創新的試驗場

混合動力電動車不再僅僅是過渡方案，更是電動化未來出行的試驗場。無論是48V的初始系統，還是400V及以上的全電動平台，當代混合動力架構都在為純電時代鋪路。

但要想在這個領域一馬當先，僅靠電池和電機的突破遠遠不夠，更需要系統級別的工程設計，包括動力系統的無縫整合、精準的即時控制、卓越的熱管理性能，以及靈活可擴展的架構。

Molex莫仕秉持一貫的汽車創新傳統，同時推出一系列高壓、EMI屏蔽和熱優化解決方案，透過精心設計的連接產品，協助推動混合動力革新浪潮。

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