一文了解48V汽車系統(tǒng)

迫于越來越重的環(huán)境壓力，新能源汽車在國(guó)家政策的大力支持下迅速進(jìn)入消費(fèi)者視野，而隨著補(bǔ)貼的逐年退坡，“雙積分”政策的加速推廣，2020年平均油耗限值5升/百公里的硬指標(biāo)，節(jié)能減排成為每個(gè)車企懸在頭上的利劍。此時(shí)一個(gè)非常熱門的詞匯——48V系統(tǒng)火了小編的朋友圈，都快到了不提48V都不算圈內(nèi)人的地步，究竟什么是48V呢?

48V系統(tǒng)概念

48V系統(tǒng)是指系統(tǒng)電壓為48V，用能量小于一度電的功率型替代傳統(tǒng)的鉛酸電池，用BSG電機(jī)替代傳統(tǒng)的啟動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)，除了自動(dòng)啟停功能之外，還能夠在必要的時(shí)候，為車輛提供輔助動(dòng)力。

一般來說，48V系統(tǒng)由三大件組成：電機(jī)、鋰離子電池組以及DC-DC轉(zhuǎn)換器。48V系統(tǒng)一般與內(nèi)燃機(jī)并聯(lián)。相較于高壓混合動(dòng)力系統(tǒng)，48V微混系統(tǒng)能夠以三分之一的成本提供了全混合動(dòng)力的三分之二的好處，讓燃油經(jīng)濟(jì)性提高了15%至20%。

48V還可以用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)增壓器(e-ger)。電動(dòng)增壓器取代傳統(tǒng)的等待廢氣讓渦輪達(dá)到最高速度，會(huì)讓加速過程更加迅速，同時(shí)滯后感也會(huì)并不那么顯著。

48V系統(tǒng)起源

1918年汽車首次引入了蓄電池，隨著起動(dòng)機(jī)的誕生，1920年蓄電池獲得了廣泛應(yīng)用，當(dāng)時(shí)蓄電池的電壓等級(jí)是6V，并且正極接地。由于內(nèi)燃機(jī)排量的增加以及高壓縮比內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)，6V蓄電池已經(jīng)不能滿足功率需求，1950年電壓等級(jí)開始向12V進(jìn)化，一直到現(xiàn)在，12V電壓系統(tǒng)已經(jīng)統(tǒng)治了60多年。

1988年，SAE(Society of Automotive Engineers)提議把標(biāo)準(zhǔn)電壓提高至42V。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，以及電氣零部件替換的高昂費(fèi)用，汽車企業(yè)并沒有積極推進(jìn)實(shí)施，最終夭折，至今汽車依然是12V系統(tǒng)。

而目前面對(duì)5升/百公里的油耗限值12V怠速啟停等技術(shù)的節(jié)油潛力已經(jīng)達(dá)到瓶頸了，怠速啟停和制動(dòng)回收都是有效的節(jié)能技術(shù)手段，但是在12V系統(tǒng)中，由于電壓較低，得不到很好的發(fā)揮，增加技術(shù)成本的同時(shí)節(jié)能效果有限。

2011年，Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen聯(lián)合推出48V系統(tǒng)，以滿足日益增長(zhǎng)的車載負(fù)載需求，更重要的是為了滿足2020年嚴(yán)格的排放法規(guī)。并在隨后發(fā)布了48V系統(tǒng)規(guī)范LV148。

48V輕混系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

純電動(dòng)化是汽車的終極目標(biāo)，但是由于續(xù)航問題，充電問題，以及成本問題，無法在短期內(nèi)大量普及。而60V是安全電壓，也就是說只要低于60V的電壓不需要采取額外的安全防護(hù)措施，48V電池的充電電壓最高56V，已經(jīng)很接近60V，即48V電池電壓是安全電壓下的最高電壓等級(jí)了。

48V輕混系統(tǒng)相比高壓混動(dòng)系統(tǒng)而言，成本更低，卻可以達(dá)到高壓混動(dòng)系統(tǒng)(電池電壓>100V)大部分節(jié)能效果，按照德爾福的測(cè)算，48V輕混系統(tǒng)是高壓輕混系統(tǒng)成本的30%，能達(dá)到高壓輕混系統(tǒng)70%的節(jié)能效果。

優(yōu)點(diǎn)：

1.降低CO?排放，提升燃油率，適應(yīng)國(guó)家政策。

2. 低于60V安全電壓，不需要采取額外的電壓防護(hù)，相對(duì)高壓混動(dòng)系統(tǒng)，成本更低;

3. 48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator，無需大幅更改設(shè)計(jì)即可配套。且與高壓系統(tǒng)相比，降低匹配難度，同時(shí)也降低了成本和重量

4. 可以將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的高負(fù)載附件電動(dòng)化，比如空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵、真空泵等，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的情況下，這些設(shè)備也能工作;可以支持更大功率的車載設(shè)備。

5. 將車載電器工作電壓提升到48V，可以進(jìn)一步降低損耗，同時(shí)可以降低線束外徑;BSG/ISG點(diǎn)火時(shí)間更短，更低噪音和更小震動(dòng)。

缺點(diǎn)：

1. 電壓的升高，電磁兼容要求會(huì)更高;

2. 48V電壓下會(huì)存在電弧，是風(fēng)險(xiǎn)隱患，需要處理;

3. 原來的12V車載設(shè)備遷移到48V需要重新開發(fā)以及測(cè)試，代價(jià)巨大并且周期長(zhǎng);

4. 比12V start-stop系統(tǒng)成本高，節(jié)能效果不如高壓混動(dòng)系統(tǒng)。

48V輕混系統(tǒng)工作模式

自動(dòng)啟停(START/STOP)：等紅綠燈，車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，48V大容量電池利用存儲(chǔ)的能量維持車載電氣的正常運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)可以隨時(shí)快速啟動(dòng)。

能量回收(RECUPERATION)：能量回收可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)到電池中。僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗。

動(dòng)力輔助(BOOST)：混動(dòng)系統(tǒng)可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，在提速階段，電機(jī)的輔助動(dòng)力能彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的不足，實(shí)現(xiàn)不損失動(dòng)力的情況下降低排放。

航行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING)：在車輛恒速運(yùn)行，并且電池電量充足的情況下，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)，依靠電機(jī)來維持車輛運(yùn)行。電機(jī)提供的動(dòng)力用來抵消行駛阻力以及發(fā)動(dòng)機(jī)的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航階段，電能充足的情況下，可以徹底分離且關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，僅靠電機(jī)保持車輛巡航。當(dāng)再次踩下油門踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)迅速啟動(dòng)，平滑切入到當(dāng)前車速。

滑行(COASTING)：在松開油門，車輛處于滑行階段，離合器分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械連接，徹底關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的行駛距離。相當(dāng)于傳統(tǒng)車輛空檔滑行，只不過傳統(tǒng)車輛在切換到空檔滑行之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在降到怠速時(shí)依然需要噴油來維持發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

相較于純電動(dòng)與混合動(dòng)力的解決方案，48V微混系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改動(dòng)不大，能夠很快地進(jìn)行部署，屬于相對(duì)低成本快部署的方案。這也現(xiàn)在火爆的原因之一。對(duì)于國(guó)內(nèi)車企而言，盡管在政策的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)轉(zhuǎn)向與混合動(dòng)力的開發(fā)。但相比于200-600V的強(qiáng)混，尤其是目前雷凌和卡羅拉的強(qiáng)混現(xiàn)在只賣13、4萬，如果成本繼續(xù)壓縮，那么48V的市場(chǎng)有多大就很難說。尤其從開發(fā)到應(yīng)用到最后的量產(chǎn)推出市場(chǎng)，是要等到新能源車占據(jù)到一定比例了，才能夠起到作用。而要新能源車占據(jù)一定比例，這個(gè)就是全產(chǎn)業(yè)鏈的事情，不僅僅是車企本身技術(shù)的開發(fā)，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、關(guān)鍵部件的產(chǎn)能都得跟上。