目前歐盟（EU）已建立嚴(yán)格的立法政策控制有害氣體排放，從而改善空氣質(zhì)量，避免對(duì)環(huán)境造成不可逆?zhèn)Γ瑸槿祟惡蟠鸂I(yíng)造更加清潔的生存環(huán)境。隨著全球石油儲(chǔ)備不斷減少，歐盟還將努力改善能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)石油的依賴。

汽車行業(yè)為適應(yīng)上述發(fā)展趨勢(shì)，也將逐漸改變單一的產(chǎn)品模式 – 從內(nèi)燃機(jī)汽車逐漸向混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車（HEV/EV）過渡。目前推動(dòng)HEV全面普及仍面臨著許多障礙。本文將介紹如何克服這些障礙。

關(guān)于有效降低碳排放量的問題已然解決，即改進(jìn)空氣管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)。歐盟預(yù)計(jì)在2015年實(shí)現(xiàn)的車輛平均排放量目標(biāo)也因此能夠于2013年提前實(shí)現(xiàn)。某種程度上發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸能夠有所降低也得益于此。下一個(gè)重要發(fā)展方向是通過推進(jìn)電氣化和混合動(dòng)力化，減少二氧化碳(CO2)的排放量。這樣可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載（向按需系統(tǒng)轉(zhuǎn)變），優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)效率。

汽車電氣化已呈現(xiàn)出不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。電氣化已成為許多現(xiàn)代汽車元件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。例如，將液壓轉(zhuǎn)向裝置更換為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置已經(jīng)顯著降低CO2排放量（在某些車型中最高可減少5%）。而HEV能夠進(jìn)一步降低CO2排放量。

十年前某些汽車制造商仍然質(zhì)疑HEV的可行性，而如今HEV的商業(yè)價(jià)值正在被全球市場(chǎng)所認(rèn)同。汽車市場(chǎng)中HEV的重要性正與日俱增。行業(yè)分析公司Freedonia預(yù)測(cè)，從現(xiàn)在到2018年，混合動(dòng)力汽車的全球銷售量將擴(kuò)大一倍以上。目前日本在HEV領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位（汽車年銷量超過20%）。緊隨其后的是北美洲和歐洲（雖然北美洲和歐洲區(qū)域的HEV銷售量遠(yuǎn)不及日本）。

現(xiàn)有的HEV有很多類型，包括：微混合動(dòng)力汽車、輕度混合動(dòng)力汽車、全混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車以及電動(dòng)車。值得注意的是，微混合動(dòng)力汽車還不能算作真正意義上的HEV，這種汽車僅增強(qiáng)了起動(dòng)機(jī)并加裝了交流發(fā)電機(jī)。并沒有真正改變傳動(dòng)系統(tǒng)。

提高能效

汽車制造商正在考慮以不同的方式縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，以達(dá)到減排目的。渦輪增壓器的主要功能是管理氣體（數(shù)據(jù)結(jié)果顯示CO2/km有所下降），長(zhǎng)期以來渦輪增壓器對(duì)優(yōu)化傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)工作效率發(fā)揮著重要作用。其原理是通過高溫壓縮廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪次級(jí)“冷卻側(cè)”回路，壓縮進(jìn)氣口氣體進(jìn)行二次燃燒循環(huán)。同時(shí)，廢氣混合物也可以進(jìn)入廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)中的次級(jí)進(jìn)氣口，從而使尾氣達(dá)到最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)——例如氮氧化合物（NOx）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，過濾器氣體標(biāo)準(zhǔn)。

渦輪增壓器有其固有的缺點(diǎn)，即響應(yīng)滯后。渦輪增壓器只有在達(dá)到某個(gè)RPM閾值后才能啟動(dòng)。即便經(jīng)過優(yōu)化，例如可變截面渦輪增壓器（VGT）通過保持最優(yōu)長(zhǎng)寬比調(diào)整RPM，也依舊無法避免滯后情況的發(fā)生。事實(shí)上只有消除這種問題并且使渦輪增壓器在任意RPM連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)才能獲得理想的工作效果。而目前克服這種技術(shù)局限性的一種方式就是使用電動(dòng)增壓器。由廢氣產(chǎn)生的壓力不足以用于壓縮進(jìn)氣口氣體，但如果安裝電動(dòng)機(jī)可以有效彌補(bǔ)這一“壓力差”，從而避免滯后情況的發(fā)生。

普遍認(rèn)為，所有汽車增壓器都應(yīng)至少具備啟動(dòng)/停止功能。但盡管如此，啟動(dòng)/停止功能并未完全普及，而針對(duì)啟動(dòng)/停止功能的強(qiáng)制規(guī)定也尚處于立法階段，預(yù)計(jì)于2020年全面推行。此時(shí)亟需進(jìn)一步推動(dòng)混合動(dòng)力化/電氣化發(fā)展。

全混合動(dòng)力汽車

全混合動(dòng)力系統(tǒng)通常采用40kW至70kW電動(dòng)機(jī)，與汽車內(nèi)燃機(jī)聯(lián)動(dòng)。全混合動(dòng)力汽車與同類內(nèi)燃機(jī)汽車相比，最突出的優(yōu)勢(shì)是CO2減排量幾乎達(dá)到了35%。大多數(shù)情況下，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速以上時(shí)，汽車內(nèi)置電動(dòng)機(jī)會(huì)始終保持運(yùn)轉(zhuǎn)。但由于大功率電動(dòng)機(jī)必須在高壓下才能運(yùn)轉(zhuǎn)，因此這種內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的汽車需要配置的電池組尺寸大、質(zhì)量佳、成本高。插電式混合動(dòng)力汽車需要加裝車載充電器電子器件才能滿足長(zhǎng)途駕駛時(shí)的續(xù)航要求。

輕度混合動(dòng)力汽車

與全混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車并列的是一款全新的HEV。這種HEV被稱為輕度混合動(dòng)力汽車。輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)與啟停系統(tǒng)或微混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，功能性更好。與HEV相比，這類汽車在很多方面與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車有更多的相同之處。

輕度混合動(dòng)力汽車和全混合動(dòng)力汽車的區(qū)別在于，輕度混合動(dòng)力汽車電動(dòng)機(jī)的功率范圍為5kW至20kW，無法推動(dòng)汽車行進(jìn)。而負(fù)責(zé)推動(dòng)汽車行駛的是汽車內(nèi)燃機(jī)，電動(dòng)機(jī)只起輔助作用即扭矩輔助。這種配置方式可以將燃油效率提高10-15%，相比之下全混合動(dòng)力系統(tǒng)的燃油效率可輕松達(dá)到該值的兩倍。

對(duì)于輕度混合動(dòng)力汽車而言，汽車制造商仍需要盡可能縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，降低尾氣排放量。其優(yōu)勢(shì)是減少了線束重量、降低了線束成本，且無需遵守高電壓電池相關(guān)的高隔離度標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還可以保證車輛擁有極佳的性能，且不會(huì)對(duì)駕駛體驗(yàn)造成影響。由于輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)電壓低于全混合動(dòng)力系統(tǒng)電源，因此輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)上需要加裝升壓器才能保證其正常實(shí)現(xiàn)動(dòng)能回收功能。

一般在汽車加速時(shí)，綜合式傳動(dòng)帶起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)（iBSG）系統(tǒng)、綜合式電動(dòng)機(jī)輔助（IMA）系統(tǒng)或傳動(dòng)帶輔助起動(dòng)機(jī)（BAS）都可以使汽車瞬間加速。動(dòng)能回收系統(tǒng)（KERS）通過對(duì)電池進(jìn)行再充電和/或?qū)﹄姎庳?fù)載充電從而進(jìn)一步提高總體效率。與全混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)在燃油效率方面可能優(yōu)勢(shì)并不明顯，但其能夠有效增強(qiáng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的性能，較之全混合動(dòng)力系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比。對(duì)于指定車型而言安裝全混合動(dòng)力系統(tǒng)需要額外花費(fèi)3000至4000歐元，而安裝輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)只需要花費(fèi)1000歐元左右 - 因?yàn)樗恍枰胀姵厮璧碾娏亢凸β?。?jù)此，IHS Automotive預(yù)測(cè)截至2020年，輕度混合動(dòng)力汽車占HEV總產(chǎn)量比重將達(dá)到15%左右。

目前來看在西歐地區(qū)輕度混合動(dòng)力汽車（包括微混合動(dòng)力汽車）最受用戶青睞。很有可能在今后的幾年里，這種特殊的HEV汽車在歐洲市場(chǎng)的銷量將達(dá)到全球銷售量的一半左右。如果48V系統(tǒng)能夠達(dá)到輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)逆變器指定的功率值，那么毫無疑問其電流一定會(huì)超出200A的基準(zhǔn)值。逆變器硬件由于成本較高，在一定程度上也阻礙了HEV的普及，為此政府通常會(huì)通過補(bǔ)貼或其他獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃（例如在日本混合動(dòng)力汽車不用繳納公路稅；在上海可以免費(fèi)辦理牌照，或可折合成數(shù)千美元）吸引更多的買家購買。使用低功耗、小型逆變器可以大幅度降低HEV生產(chǎn)成本。雖然這種方案能夠促使HEV降低價(jià)格、減輕整體重量，這一點(diǎn)本應(yīng)對(duì)HEV車型取得商業(yè)成功起到促進(jìn)作用 - ，實(shí)際上仍存在著其他問題：逆變器的功率密度更高，因此需要研發(fā)更為先進(jìn)的電流傳感技術(shù)。為了應(yīng)對(duì)能夠描述當(dāng)前和未來HEV設(shè)計(jì)的較大電流，Melexis在其可編程電流傳感器IC IMC-Hall?系列中加入了一款新設(shè)備 -MLX91208CAV。該產(chǎn)品目前已獲得AEC-Q100認(rèn)證，其主要應(yīng)用于高端應(yīng)用領(lǐng)域，它的出現(xiàn)對(duì)公司廣泛使用的低場(chǎng)強(qiáng)（CAL）和高場(chǎng)強(qiáng)（CAH）設(shè)備起到了補(bǔ)充作用。它能夠處理1000A以上的電流。這種電流傳感設(shè)備采用了標(biāo)準(zhǔn)SOIC8表面貼裝方式，因而更加節(jié)省空間。這種產(chǎn)品有效滿足了現(xiàn)今HEV市場(chǎng)對(duì)逆變器設(shè)計(jì)小型化的需求。

集磁片

MLX91208系列傳感器采用的專利集磁片（IMC）能夠精確測(cè)量電流，且不需要外裝任何大尺寸鐵磁芯。因此采用這種產(chǎn)品的傳感方案尺寸更加緊湊。此外，IMC還采用了創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行于傳感器IC表面和中央散射場(chǎng) - 磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加電流成正比例——使用效率更高的水平霍爾板檢測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度。本質(zhì)上，IMC是一種沉積在后加工處理晶圓表面上的鐵磁性薄膜合金。IMC很多優(yōu)點(diǎn)均源于這種制造工藝 - 其最突出的優(yōu)點(diǎn)是可產(chǎn)生磁增益，從而提高了信噪比（與垂直霍爾板進(jìn)行對(duì)比時(shí)效果尤為明顯）。后加工處理晶圓（WPP）采用了高質(zhì)量合金，從而最大程度降低了某些負(fù)面作用（例如遲滯現(xiàn)象）：在WPP中加裝聚磁器比使用同級(jí)材料制成的大尺寸外部聚磁器成本更低。

此外，使用集成式聚磁器時(shí)不需要執(zhí)行復(fù)雜的裝配程序。為避免臨近并聯(lián)電流導(dǎo)體相互干擾，IMC霍爾傳感器配置了隔磁套。其內(nèi)置物比磁芯性能更好 - 磁芯需要安裝在電流傳感裝置內(nèi)（尺寸和質(zhì)量更大，系統(tǒng)總成本大幅度增加）。此外，U形隔磁套可以垂直疊放，從而極大地簡(jiǎn)化了裝配操作。