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【干货】浅析48V汽车系统

导读: 48V系统是指系统电压为48V,用能量小于一度电的功率型锂离子电池替代传统的铅酸电池,用BSG电机替代传统的启动电机和发电机,除了自动启停功能之外,还能够在必要的时候,为车辆提供辅助动力。

迫于越来越重的环境压力,新能源汽车在国家政策的大力支持下迅速进入消费者视野,而随着补贴的逐年退坡,“双积分”政策的加速推广,2020年平均油耗限值5升/百公里的硬指标,节能减排成为每个车企悬在头上的利剑。此时一个非常热门的词汇——48V系统火了小编的朋友圈,都快到了不提48V都不算圈内人的地步,究竟什么是48V呢?

48V系统概念

48V系统是指系统电压为48V,用能量小于一度电的功率型锂离子电池替代传统的铅酸电池,用BSG电机替代传统的启动电机和发电机,除了自动启停功能之外,还能够在必要的时候,为车辆提供辅助动力。

一般来说,48V系统由三大件组成:电机、锂离子电池组以及DC-DC转换器。48V系统一般与内燃机并联。相较于高压混合动力系统,48V微混系统能够以三分之一的成本提供了全混合动力的三分之二的好处,让燃油经济性提高了15%至20%。

48V还可以用于驱动电动增压器(e-ger)。电动增压器取代传统的等待废气让涡轮达到最高速度,会让加速过程更加迅速,同时滞后感也会并不那么显著。

48V汽车系统的革命,你知道吗?

48V系统起源

1918年汽车首次引入了蓄电池,随着起动机的诞生,1920年蓄电池获得了广泛应用,当时蓄电池的电压等级是6V,并且正极接地。由于内燃机排量的增加以及高压缩比内燃机的出现,6V蓄电池已经不能满足功率需求,1950年电压等级开始向12V进化,一直到现在,12V电压系统已经统治了60多年。

1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提议把标准电压提高至42V。由于当时的技术水平,以及电气零部件替换的高昂费用,汽车企业并没有积极推进实施,最终夭折,至今汽车依然是12V系统。

而目前面对5升/百公里的油耗限值12V怠速启停等技术的节油潜力已经达到瓶颈了,怠速启停和制动回收都是有效的节能技术手段,但是在12V系统中,由于电压较低,得不到很好的发挥,增加技术成本的同时节能效果有限。

2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen联合推出48V系统,以满足日益增长的车载负载需求,更重要的是为了满足2020年严格的排放法规。并在随后发布了48V系统规范LV148。

48V轻混系统优缺点

纯电动化是汽车的终极目标,但是由于续航问题,充电问题,以及成本问题,无法在短期内大量普及。而60V是安全电压,也就是说只要低于60V的电压不需要采取额外的安全防护措施,48V电池的充电电压最高56V,已经很接近60V,即48V电池电压是安全电压下的最高电压等级了。

48V轻混系统相比高压混动系统而言,成本更低,却可以达到高压混动系统(电池电压>100V)大部分节能效果,按照德尔福的测算,48V轻混系统是高压轻混系统成本的30%,能达到高压轻混系统70%的节能效果。

优点:

1.降低CO?排放,提升燃油率,适应国家政策。

2.低于60V安全电压,不需要采取额外的电压防护,相对高压混动系统,成本更低;

3.48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator,无需大幅更改设计即可配套。且与高压系统相比,降低匹配难度,同时也降低了成本和重量

4.可以将传统发动机上的高负载附件电动化,比如空调压缩机、冷却水泵、真空泵等,降低发动机的负载,即使在发动机关闭的情况下,这些设备也能工作;可以支持更大功率的车载设备。

5.将车载电器工作电压提升到48V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径;BSG/ISG点火时间更短,更低噪音和更小震动。

缺点:

1.电压的升高,电磁兼容要求会更高;

2.48V电压下会存在电弧,是风险隐患,需要处理;

3.原来的12V车载设备迁移到48V需要重新开发以及测试,代价巨大并且周期长;

4.比12V start-stop系统成本高,节能效果不如高压混动系统。

48V轻混系统工作模式

自动启停(START/STOP):等红绿灯,车辆静止状态下,发动机处于关闭状态,48V大容量电池利用存储的能量维持车载电气的正常运行,发动机可以随时快速启动。

能量回收(RECUPERATION):能量回收可以将动能转化为电能,并存储到电池中。仅能量回收功能就可以降低大约7%的油耗。

动力辅助(BOOST):混动系统可以减小发动机的排量,在提速阶段,电机的辅助动力能弥补发动机动力的不足,实现不损失动力的情况下降低排放。

航行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING):在车辆恒速运行,并且电池电量充足的情况下,关闭发动机喷油系统,依靠电机来维持车辆运行。电机提供的动力用来抵消行驶阻力以及发动机的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航阶段,电能充足的情况下,可以彻底分离且关闭发动机,仅靠电机保持车辆巡航。当再次踩下油门踏板,发动机会迅速启动,平滑切入到当前车速。

滑行(COASTING):在松开油门,车辆处于滑行阶段,离合器分离发动机和传动系统的机械连接,彻底关闭发动机,实现更长的行驶距离。相当于传统车辆空档滑行,只不过传统车辆在切换到空档滑行之后,发动机转速在降到怠速时依然需要喷油来维持发动机的运行。

相较于纯电动与混合动力的解决方案,48V微混系统对动力驱动系统的改动不大,能够很快地进行部署,属于相对低成本快部署的方案。这也现在火爆的原因之一。对于国内车企而言,尽管在政策的驱动下,会转向电动车与混合动力的开发。但相比于200-600V的强混,尤其是目前雷凌和卡罗拉的强混现在只卖13、4万,如果成本继续压缩,那么48V的市场有多大就很难说。尤其从开发到应用到最后的量产推出市场,是要等到新能源车占据到一定比例了,才能够起到作用。而要新能源车占据一定比例,这个就是全产业链的事情,不仅仅是车企本身技术的开发,基础设施的建设、关键部件的产能都得跟上。

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