什么是48V电压系统?为何车企如此热爱

文章来源:汽车动力总成 发布时间:2021-06-22
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所谓48V电压系统,是一种低压混合动力系统,简单来说就是自动启停系统的升级版。
1918年,汽车首次引入蓄电池,伴随起动机的诞生,蓄电池在1920年得到普及,当时的蓄电池电压为6V,随着内燃机排量的增加以及高压缩比内燃机的研发,6V的蓄电池电压已经无法满足功率的需求,于是在1950年引入了12V的蓄电池电压系统,并一直沿用至今已有60多年了,面对如今车上越来越多的车载电器,12V蓄电池显得有些乏力。

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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。

 

车用电源从6伏升级到12伏已经过去60多年了,随着车载电器设备越来越多,现有12伏蓄电池的电量满足现有用电需求已经显得有所乏力,若再加上未来将要实现的自动驾驶、节油减耗等,传统蓄电池自然是不够的,这就需要另外增加一种高电压储电系统来分担蓄电池的工作压力。

 

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。

那么就要进入我们今天的主题了,什么是48V电压系统呢?


车用电压系统典型产品线

电压

能量

输出功率

配方

用途

应用场景

12V

≈0.6kWh

≈5kW

铅酸

小功率供电

业界通用

24V

≈1.2kWh

≈10kW

铅酸

大功率供电

基本停用

36V

≈1.2kWh

≈15kW

锂离子

大功率供电

基本停用

42V

≈1.5kWh

≈20kW

锂离子

大功率供电

基本停用

48V

≈1.5kWh

≈20kW

锂离子

MHEV轻混系统大功率供电

业界通用

90V

≈0.5kWh

≈10kW

锂离子

MHEV轻混系统大功率供电

通用集团


所谓48V电压系统,是一种低压混合动力系统,简单来说就是自动启停系统的升级版。从12V升级到48V之后,除了自动启停功能之外,还具备了发动机停机滑行、滑行与制动能量回收、加速助力和电巡航功能等,升级方向是朝着优化驾驶体验和提高节能效率去的,附带的,电压增大,还可以为车辆内部的电子设备提供更多的功率。

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48V电压系统比12V电压系统能够储存更多电量,在配备启停系统的车上可以实现长时间关闭发动机,减少出现电池电量过低而频繁起动发动机充电的情况(如果不充电就无法启动发动机了),从而避免浪费过多的燃油。而且48V电压低于60V安全电压,因此不需要采取额外的安全防护措施,在排放法规中,欧盟要求最为严格,到2020年百公里油耗要降至4L,每公里二氧化碳排放低至95g。显然单纯靠提高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,汽车混动化,纯电动化是最佳技术路线了。纯电动化虽然是汽车的终极目标,但是由于高成本以及续航问题,无法在短期内大量普及。

 

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48V电压系统如何协助节油?


1、能量互通:两套电压系统是互通的,理论上都可以通过DC-DC互相升降压充放电供给对应电压的负载,因此总系统不易亏电,不用经常启动内燃机。
 
2、滑行储能:48V系统加入之后,车辆更容易实现滑行储能模式,也就是视觉传感器、位置传感器、卫星信号判断你要进入“滑行至停止”这个工作,提前30秒左右停掉内燃机并让BSG/ISG反转发电。
 
3、反转储能:BSG/ISG作发电机用,能量来源可能是刚刚提到的滑行,可能是内燃机经济转速下的剩余动能,也有可能来自专门的发电模式。比亚迪DM3系统就有发电模式,让汽油机固定在1500rpm 用BSG进行8kW发电,实际上不好用。
 
4、能量大增:内燃机运转时可以电系统充电,12V铅酸电池与48V锂电池的总能量一般在2kWh左右,足够红灯前吹好一阵子空调冷风了,不用经常启动内燃机。
 
5、扭矩辅助:ISG电机可以提供50N·m左右的驱动扭矩(但不能单独驱动车轮),帮内燃机降负荷,一定程度上降低了油耗。

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48V电压系统的优点:


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1、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;

 

2、相对于12V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12V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、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48V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径;

 

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,并且不会有涡轮增压器延迟现象;

 

8、BSG/ISG点火时间更短,更低噪音和更小震动。

 

9、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。


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48V电压系统的缺点:

 

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:48V比12Vstart-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:

 

1、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。

 

2、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。

 

3、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。

 

4、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。

 

5、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。


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注:文章中引用数据和图片来源网络


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