Molex：下一代 HEV：如何提高混合动力汽车性能

汽车行业正进入转型的关键阶段。混合动力电动汽车 (HEV) 曾被视为实现完全电气化的过渡方案，如今已发展成为高性能的独立平台，在全球范围内具有独特的市场意义。预计 2024 年到 2032 年，HEV 类别的复合年增长率将达到 20.70%。

HEV 的诞生，源于顺应消费者偏好和日益严格的排放法规，但如今已形成独特的产品定位。面对这一趋势，汽车制造商正在对混动电动车架构进行全维度重构。

制胜新赛道的关键，在于动力系统的深度整合。动力总成性能不再仅仅牵涉发动机输出；它更加考量通过高压互连、配电网络及可扩展模块化组件实现的全系统（电力与燃油）协同性能。

混合动力电动汽车架构集成了内燃机 (ICE) 和电动动力系统，可提高燃油效率并减少排放。这种集成方案依托三大核心：先进的电力电子器件、控制模块和高压能源系统来管理机械能与电能的高效转化。

早期混合动力系统主要基于 12V 电气架构，仅支持基本的车载电子设备，如照明、信息娱乐系统、电动车窗和发动机控制模块。虽然 12V 平台对于传统燃油车已经足够，但其功率密度无法满足推进系统和辅助系统实现有效电气化的需求。

在高效与多功能需求增长的双重驱动下，HEV 开始采用高压架构，从 48V 轻度混合系统，到全混动及电动汽车采用的 400V，乃至更高电压系统。这些电压更高的平台可提供更先进的功能，包括再生制动、电动涡轮增压和电动配件，同时通过更细线径的导体降低了布线的复杂性并减少了铜的使用量。

自 2018 年在一些欧洲 OEM 中得到广泛采用以来，48V 轻度混合动力系统已从全面电气化的垫脚石发展为了长期解决方案。与 12V 系统相比，这些系统可节省约 15-20% 的燃油，提供了具有成本效益的电气化路径，同时避免了纯电动汽车 (BEV) 的续航限制问题。

高压平台具备跨车型适配能力，无论是紧凑型轿车、SUV 还是轻型商用车，均可实现轻度混动，并集成智能启停、电动助力等节能技术。 

但是，电压等级的提升并非直接升级，也无法解决不同车型与细分市场存在的独特设计难点。HEV 工程设计需要全面重构电气架构，同时对整个系统的诸多方面进行权衡取舍。较细的电线能够减轻汽车重量，但会带来热和电流处理方面的挑战。汽车集成的电子控制单元 (ECU)、逆变器和电动机越来越多，一方面增加了复杂性，另一方面也增加了电磁干扰 (EMI) 风险。

为解决这些难题，工程师们采用的方法是部署屏蔽电缆组件、铝母排和柔性互连系统，这些组件可在严苛的汽车运行环境中实现热控制、EMI 保护和可靠性。

当纯 EV 领域聚焦于固态电池和锂硫化学等前沿突破时，HEV 正通过渐进式技术发展稳步提升实用性。目前，锂离子电池仍然是大多数 HEV 平台的基础，其中 NMC（镍锰钴）和 LTO（钛酸锂）占据主导地位。电池化学的持续研究可能在未来数年内快速改变储能技术的方向。

高能量密度的 NMC 电池满足短途纯电需求，而具备超长循环寿命、快速充放功能和优异的热稳定性的 LTO 电池，则完美适配城市频繁启停的应用场景。

电池化学在向前发展的同时，电池架构正以更快的速度发展。分布式电池管理系统 (BMS) 可对电池组进行分段控制，实现更智能的热平衡、故障隔离和预测诊断。

宝马等混动厂商率先在电池接触系统中应用柔性印刷电路 (FPC) 技术，通过轻量化、稳定紧凑的设计取代传统的菊花链式布线。这种方案不仅能简化装配流程，还能减重并提升高振动环境下的信号传输性能。

减轻汽车重量是普遍采用的设计策略，可极大提升燃油效率并延长纯电动续航里程。关键结构和动力系统部件中的传统钢材正逐渐被铝、碳纤维和先进复合材料所取代。

采用这些轻质材料后，电池体积更小、效率更高，能保持相同的续航里程，同时提升安全性、空气动力特性、加速及制动性能。

当系统电压突破 48V，升至 160V 甚至更高（尤见于插电混动车型 (PHEV)）时，安全性成为设计的重中之重。行业标准在指导这些安全措施方面发挥着重要作用，但具体的实施可能因制造商和地区而异。ISO 6469-3 等新标准提出了快速绝缘监测、电弧故障防护和强化绝缘屏障等要求。原本专为纯电动车设计的安全方案，现在也逐渐被混动车型采纳。

与所有架构一样，系统组件必须经受严苛环境的考验，包括温度波动、路面振动、潮湿、灰尘和化学品接触，从而保障产品生命周期的安全性。专为混动平台设计的连接器如今普遍采用自清洁触点、航空级密封和锁定机构，确保在各类汽车应力条件下长期稳定工作。 

为满足 ISO 26262 的要求，连接器系统还增设了诊断路径，支持在故障发生时实现故障检测和安全切断。安全措施不再是在设计完成后追加，而是从一开始就嵌入电气架构之中。

如今，汽车平台越来越多采用模块化电气架构设计，让汽车制造商能基于同一底盘灵活适配轻混、全混、插混和纯电等多种动力形式。这种可扩展方案不仅能缩短研发时间、优化物流效率，还能使核心部件在不同车型和市场中通用，显著降低单位成本。

借助模块化架构，设计团队可以实现不同车型的电源、信号及数据接口标准化，同时采用通用的通信协议和供电路径，避免重复开发，大幅减少机械整合和软件开发的复杂性。此外，模块化生产还能精简制造流程，减少需要跟踪的产品编号，加快产线调整。

从系统工程的角度来看，模块化设计加速了平台迭代。即使面对碳化硅 (SiC) 逆变器、固态电池等新兴动力技术的涌现，汽车制造商也能快速将其融入现有架构，几乎无需结构性调整。这种灵活性让制造商既能顺应政策和消费者偏好变化，又能避免将设计推倒重来。

作为 HEV 能量管理的中枢，电力电子系统通过逆变器和转换器精准实现电池、电机与内燃机之间的能量调配。其中，逆变器负责将电池的直流电转为电机所需的交流电，而 DC-DC 转换器则调节电压来匹配汽车各子系统的需求。

随着碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽禁带半导体材料的应用，系统效率得到显著提升。尽管造价高于传统硅基方案，但这些新材料凭借更低的开关损耗、更高的功率密度和更优的散热表现，正成为紧凑高效混动架构的理想选择。

HEV 系统在峰值负荷下可产生高达 5 kW 的废热，特别是来自逆变器、转换器和电池模块的废热，因此采用主动和被动冷却策略相结合的方式，包括采用水冷式逆变器、风冷式低功耗系统等方案。而相变材料和集成温度传感器有助于调控负载下的温度。

热管理设计始终是新车开发的难点，温度控制不当将直接影响零部件寿命，轻则性能衰减，重则引发锂电池热失控风险。降低连接器工作温度能帮助汽车制造商实现汽车长期的可靠耐用、降低质保成本的目标。

HEV 架构成功的关键在于实现高速数据传输和高效电力分配。先进控制算法优化内燃机与电力系统的交互，精准管理扭矩分配、再生制动和电池使用。随着物联网技术的融入，实时监控、预测性维护和无线 (OTA) 更新等功能正在重塑混合动力汽车架构。 

随着混合动力系统的发展，其数字基础设施也必须同步升级。混合动力汽车平台需配备高速连接器和电缆组件：既能够支持 CAN 和 LIN 总线通信，又能满足高级驾驶辅助系统 (ADAS) 所需的千兆以太网，同时还能集成 V2X 模块来实现车路协同。 

混合动力汽车对电气架构的要求复杂且涉及方方面面，需采用专为汽车应用设计的全套先进硬件。Molex 莫仕提供品类丰富的互连、电源和信号解决方案组合，专用于解决精密的汽车系统的 EMI 与集成难题。

Molex 莫仕不仅有成熟的产品平台，还配合推出定制工程支持，帮助汽车制造商扩展性能、缩短上市时间、实现前瞻性混动设计，轻松迎接下一波电气化发展浪潮。

混合动力电动汽车不再仅是过渡方案，更是电动化未来出行的试验场。无论是 48V 初始系统，还是 400V 及以上的全电动平台，当代混动架构都在为纯电时代铺路。

但要想在这个领域一马当先，仅靠电池和电机的突破远远不够，更需要系统级别的工程设计，包括动力系统的无缝集成、精准的实时控制、卓越的热管理性能，以及灵活可扩展的架构。

Molex 莫仕秉承一贯的汽车创新传统，同时推出一系列高压、EMI 屏蔽和热优化解决方案，通过精工打造的连接产品，帮助推动混动革新浪潮。