48 V 轻混系统重回视线!

作者:龚淑娟 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2017-03-31
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48 V 轻度混合动力技术重回视线,并以30% 的高压轻混系统成本,达到70% 的高压轻混系统节能效果,引起了汽车厂商的高度关注,目的是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。

48 V 轻度混合动力系统(以下简称为“48 V轻混系统”),其实在2011 年就由Audi、BMW、Daimler、Porsche 和Volkswagen 联合推出了,并在随后发布了48 V 系统规范LV148。但事实上,48 V 系统一直未在汽车行业得到广泛推广。现在,没想到它又卷土重来了,并成为了炙手可热的行业关注点,这是为什么呢?众所周知,在排放法规中,我国到2020 年的平均油耗限值是5 L/100 km,对我国汽车企业而言,发展新能源汽车成为一步必走之棋。欧盟的要求最为严格,到2020 年百公里油耗要降至4 L,每公里CO2 排放低至95 g,针对这一目标限值,显然,单纯靠提高传统发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能完成的任务,汽车混合动力化、纯电动化是最佳技术路线。

纯电动化虽然是汽车的发展目标,但是由于高成本以及目前仍面临的续航问题,无法在短期内大量普及。在此背景之下,48 V 轻混系统相比高压混合动力系统(电池电压>100 V)而言,成本更低,却可以达到高压混合动力系统的大部分节能效果,因而被汽车厂商所看重。“按照德尔福的测算,48 V 轻混系统是高压轻混系统成本的30%,却能达到高压轻混系统70% 的节能效果。”德尔福工程及项目管理副总裁Mary Gustanski 女士在接受媒体采访时介绍道,这个结果看起来确实非常诱人!

基于成本和节能的综合优势,当下,很多主机厂和供应商都在积极投入对48 V 轻混系统的研究,某些厂家甚至已经有了量产的计划。

可以提供额外的动力

各家的系统组成不尽相同。德尔福48 V 轻混系统由48 V 锂离子电池、电动机、控制器及AC/DC 转换器等构成,具体如图1 所示。可以看到,48 V 系统并不是直接将系统标准电压直接提至48 V,而是保留了原来12 V 电气系统,增加了一套48 V的轻混系统。相对于12 V系统,48 V 轻混系统有4 倍的电压、4 倍的电力,会为发动机带来额外的动力,更重要的是,系统能够决定什么时候把这些额外的动力用在什么地方,从而达到更好的节能减排的效果。除了动力性能的提升之外,48 V 轻混系统的主要功能当然还是通过减少发动机的运行时间,来降低油耗、减少排放。

实际上,48 V 轻混系统相当于一个12 V 起停系统的升级版,除了自动起停的功能之外,还能够在必要的时候,提供辅助动力。据介绍,1.2 L 发动机搭配上48 V 轻混系统之后,从动力性能上来说,能够超过1.5 L 发动机。当然,与涡轮增压不同,48 V 系统并非能够一直提供这样的动力。

 

图1 德尔福48 V 轻混系统的构成

德尔福在一辆改装的本田思域1.6 L柴油小轿车上展示了其48 V轻度混合动力技术的效能。德尔福的汽车架构系统最大化地利用了48 V电气化性能,将汽车对发动机的依赖降至最低,在改善汽车性能的同时,减少了超过10%的CO2排放量。此外,此方案还可帮助汽车厂商实现汽车的“智能”电气化。

减排技术的综合比较
除了节能,CO2减排也是汽车行业要面对的一项艰巨的任务。如图2所示,Mary Gustanski女士对CO2减排的多种技术做了性能和成本的综合比较:涡轮增压GDI发动机加上VVA可变技术,大概能够减少10%的CO2排放;全混合动力的效能有望达到30%的减排目标,但成本上的增加却非常显著,

显然已经超过了汽车企业能够接受的范围。通常,企业会选择一些成本更优、性价比更高的解决方案。“这就是48 V轻混技术的综合优势,它可以在相对合理的成本增加范围内,给企业带来的非常明显的CO2减排效果和节约能源的效果。目前来看,所有可以满足法规要求的技术中,48 V轻混技术是性价比最优的选择,已经受到了主机厂的广泛关注。我们预计到2025年,全球48 V汽车年产量将达到1 400万辆。”Mary Gustanski女士表示。

48 V轻混系统技术优势
总的来看,业界人士对48 V轻混系统的技术优点总结了如下9个方面:
1. 低于60 V安全电压,不需要采取额外的电压防护;相对高压混合动力系统,成本更低;
2. 相对于12 V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12 V系统的1/16;
3. 由于BSG/ISG的电功率辅助,可以进一步缩小发动机的体积,进而降低排放;
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、冷却水泵和真空泵等,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;
5. 将车载电器工作电压提升到48 V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径,使汽车线束所占用的车身重量和空间更少。
6. 可以支持更大功率的车载设备;
7. 可以涡轮电动化,进一步提高发动机的效率,并且不会产生涡轮增压器的迟滞现象;
8. BSG/ISG 点火时间更短,相应地,噪声更低、振动更小;
9. 48 V BSG 容易替代原有的12 V BSG,无需大幅更改设计即可配套。

当然, 业界人士也提到,48 V 轻混系统也存在一些缺点,如:电压的升高,电磁兼容要求会更高;48 V 电压下会存在电弧的风险隐患需要处理;原来的12 V 车载设备迁移到48 V 需要重新开发并测试,代价巨大并且周期长;比12 V 起停系统(startstop)系统成本高,节能效果不如高压混合动力系统。

 

图2  各种CO2减排技术的效果与成本分析

对于成本和开发部署的问题,德尔福电子电气化产品业务部全球总经理昆仑凯文(KevinJ.Quinlan)先生解释说:“德尔福能够提供48 V 轻混系统的完
整解决方案,相较于纯电动与混合动力的解决方案,其优势在于对动力驱动系统的改动不大,能够很快地进行部署,相较于前两者来说,是属于低成本快速部署的方案。”

 

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