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一文了解48V汽車系統

迫于越來越重的環境壓力,新能源汽車在國家政策的大力支持下迅速進入消費者視野,而隨著補貼的逐年退坡,“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,節能減排成為每個車企懸在頭上的利劍。此時一個非常熱門的詞匯——48V系統火了小編的朋友圈,都快到了不提48V都不算圈內人的地步,究竟什么是48V呢?

48V系統概念

48V系統是指系統電壓為48V,用能量小于一度電的功率型鋰離子電池替代傳統的鉛酸電池,用BSG電機替代傳統的啟動電機和發電機,除了自動啟停功能之外,還能夠在必要的時候,為車輛提供輔助動力。

一般來說,48V系統由三大件組成:電機、鋰離子電池組以及DC-DC轉換器。48V系統一般與內燃機并聯。相較于高壓混合動力系統,48V微混系統能夠以三分之一的成本提供了全混合動力的三分之二的好處,讓燃油經濟性提高了15%至20%。

48V還可以用于驅動電動增壓器(e-ger)。電動增壓器取代傳統的等待廢氣讓渦輪達到最高速度,會讓加速過程更加迅速,同時滯后感也會并不那么顯著。

48V系統起源

1918年汽車首次引入了蓄電池,隨著起動機的誕生,1920年蓄電池獲得了廣泛應用,當時蓄電池的電壓等級是6V,并且正極接地。由于內燃機排量的增加以及高壓縮比內燃機的出現,6V蓄電池已經不能滿足功率需求,1950年電壓等級開始向12V進化,一直到現在,12V電壓系統已經統治了60多年。

1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提議把標準電壓提高至42V。由于當時的技術水平,以及電氣零部件替換的高昂費用,汽車企業并沒有積極推進實施,最終夭折,至今汽車依然是12V系統。

而目前面對5升/百公里的油耗限值12V怠速啟停等技術的節油潛力已經達到瓶頸了,怠速啟停和制動回收都是有效的節能技術手段,但是在12V系統中,由于電壓較低,得不到很好的發揮,增加技術成本的同時節能效果有限。

2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen聯合推出48V系統,以滿足日益增長的車載負載需求,更重要的是為了滿足2020年嚴格的排放法規。并在隨后發布了48V系統規范LV148。

48V輕混系統優缺點

純電動化是汽車的終極目標,但是由于續航問題,充電問題,以及成本問題,無法在短期內大量普及。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措施,48V電池的充電電壓最高56V,已經很接近60V,即48V電池電壓是安全電壓下的最高電壓等級了。

48V輕混系統相比高壓混動系統而言,成本更低,卻可以達到高壓混動系統(電池電壓>100V)大部分節能效果,按照德爾福的測算,48V輕混系統是高壓輕混系統成本的30%,能達到高壓輕混系統70%的節能效果。

優點:

1.降低CO?排放,提升燃油率,適應國家政策。

2. 低于60V安全電壓,不需要采取額外的電壓防護,相對高壓混動系統,成本更低;

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

4. 可以將傳統發動機上的高負載附件電動化,比如空調壓縮機、冷卻水泵、真空泵等,降低發動機的負載,即使在發動機關閉的情況下,這些設備也能工作;可以支持更大功率的車載設備。

5. 將車載電器工作電壓提升到48V,可以進一步降低損耗,同時可以降低線束外徑;BSG/ISG點火時間更短,更低噪音和更小震動。

缺點:

1. 電壓的升高,電磁兼容要求會更高;

2. 48V電壓下會存在電弧,是風險隱患,需要處理;

3. 原來的12V車載設備遷移到48V需要重新開發以及測試,代價巨大并且周期長;

4. 比12V start-stop系統成本高,節能效果不如高壓混動系統。

48V輕混系統工作模式

自動啟停(START/STOP):等紅綠燈,車輛靜止狀態下,發動機處于關閉狀態,48V大容量電池利用存儲的能量維持車載電氣的正常運行,發動機可以隨時快速啟動。

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

動力輔助(BOOST):混動系統可以減小發動機的排量,在提速階段,電機的輔助動力能彌補發動機動力的不足,實現不損失動力的情況下降低排放。

航行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING):在車輛恒速運行,并且電池電量充足的情況下,關閉發動機噴油系統,依靠電機來維持車輛運行。電機提供的動力用來抵消行駛阻力以及發動機的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航階段,電能充足的情況下,可以徹底分離且關閉發動機,僅靠電機保持車輛巡航。當再次踩下油門踏板,發動機會迅速啟動,平滑切入到當前車速。

滑行(COASTING):在松開油門,車輛處于滑行階段,離合器分離發動機和傳動系統的機械連接,徹底關閉發動機,實現更長的行駛距離。相當于傳統車輛空檔滑行,只不過傳統車輛在切換到空檔滑行之后,發動機轉速在降到怠速時依然需要噴油來維持發動機的運行。

相較于純電動與混合動力的解決方案,48V微混系統對動力驅動系統的改動不大,能夠很快地進行部署,屬于相對低成本快部署的方案。這也現在火爆的原因之一。對于國內車企而言,盡管在政策的驅動下,會轉向電動車與混合動力的開發。但相比于200-600V的強混,尤其是目前雷凌和卡羅拉的強混現在只賣13、4萬,如果成本繼續壓縮,那么48V的市場有多大就很難說。尤其從開發到應用到最后的量產推出市場,是要等到新能源車占據到一定比例了,才能夠起到作用。而要新能源車占據一定比例,這個就是全產業鏈的事情,不僅僅是車企本身技術的開發,基礎設施的建設、關鍵部件的產能都得跟上。


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