48V时代要到来了吗?

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为什么推出48V系统?

其核心的原因就是法规中关于油耗的要求。2012年欧洲新车平均二氧化碳排放水平为132.2克/公里,2020年则将削减28.1%。欧洲汽车制造厂商如果将来不能满足有关CO2排放量限制的要求,将面临每车每超每克最高95欧元的罚款。从2016年1月1日起,国家第四阶段的燃油限值标准正式实施了。根据工信部最新发布的新修订的《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》。这两项国家强制性标准要求,从2016年开始,直至2020年,所有企业生产的乘用车平均油耗必须降至5.0升/100公里。这个对于大多数现有车辆均是难以达到的标准。

唯一的办法就是使用混合动力!可是混动车的成本一直居高不下(还有丰田的专利限制),12V的启停技术的降油效果又不够明显,所以零配件厂商就想到了用48V电气系统来取代或者部分取代现有的12V电气系统。在尽可能少的增加成本的前提下来达到排放法规关于油耗的要求。IHS在4月份最新报告中预测,截至到2025年,全球48V轻度混合动力车辆将超过1200万辆,基本上是全球皮卡车年度销量的四倍,占到柴油车辆市场的一半。中国将成为世界上拥有最多48V轻度混合动力车辆的地区,欧洲紧随其后。

图片源于微博(德尔福中国)

48V系统核心部件

所谓48V系统,其实是一种轻度的混合动力,也可以将其看成是起停系统的升级版。这里需要提到的是,其并不是直接将系统标准电压直接提至48V,而是保留了原来12V电气系统,增加了一套48V的轻混系统。其主要设备包括:

(1)48V电源:48V系统所采用的锂电池可以短时达到15kW的回收功率,充分有效的吸收制动能量,并且可以提供0.5~1度的电能供应。

(2)DC/DC转换器:将48V电压降为12V电压为附属设备供电。

(3)48V电机:可以提供更大的功率。

(4)48V控制器:用于监控电池的SOC以及控制电机模式。

大陆48V驱动式启动电机

48V系统有哪些优点?

48V系统的出现可以说是混合动力车和12V启停技术之间的一种过渡,亦或者说为两者搭起了一座桥梁。相比于普通车,48V系统具有如下优点:

(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(Belt-driven Starter/Generator 皮带传动启动/发电一体化电机)技术和ISG(Intergrated Starter/Generator集成启动/发电一体化电机)技术的辅助,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 BSG容易替代原有的12V BSG,无需大幅更改设计即可配套。

48V系统的挑战

(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。在通电状态下,端子插热拔会产生电弧。12V系统下,热插拔产生的电弧比较小,甚至可以忽略不计。但同样电流时,48V系统下进行热插拔就会损坏端子,且电弧能量越大,损伤越大。

(3)电化学腐蚀:48V系统的电化学腐蚀速度比常规12V系统快,而且在通电情况下,受到高电压影响,非密封连接器将面临更加严重的电化学腐蚀,所以48V系统必须使用密封的连接器。

(4)回路保护:常规12V的系统保险丝的设计准则是按照导线的电流承载量来计算的,但是目前的设计准则里没有考虑电压,当选择48V电压之后,在同样的情况下产生的热量是有变化的,所以需要全新的设计准则来指导48V系统的回路保护。

(5)48伏比12V start-stop系统成本高,节能效果不如高压混动系统;

(6)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。

各产商系统方案

对于48V方案,各家零配件商的方案大同小异,小编简要的找了几种公司的方案与大家分享一下:

(1)联合汽车电子

联电的48V方案,又称为能量回收加速辅助系统BRS。48V BRS系统相比传统内燃机汽车主要新增48V 助力回收电机(BRM, Boost Recuperation Machine),48V/12V直流功率转换器(PCU,Power Conversion Unit)和48V锂电池三个核心零部件,具有起停、能量回收、加速助力、电动爬行等功能。传统内燃机汽车,搭载第一代48V系统(电机通过皮带轮与发动机集成)节油率8~12%,搭载第二代48V系统(电机与变速箱集成)预计节油率12~19%。

联电/博世48VBRS系统架构

能量回收加速辅助系统(BRS) – 20151112 科技组-制动能量回收技术 – 腾讯视频 https://v.qq.com/x/cover/v7qniultuaejwl4/s0018thnk3k.html

官网的视频介绍(1min36sec)

2016年5月21日,FIA Electric, New Energy Commission, German Motorsport Association (DMSB)在柏林联合发布采用博世BRS系统的卡丁车,装备2台BSG,总功率20kW,百公里加速不到5秒。可以认为这是博世对明年进行量产的BRS系统进行的应用测试。PS:我只能说真是太帅了!

(2)大陆&舍弗勒

大陆和舍弗勒的48V系统称为第二代产品Gasoline Technology Car II。在NEDC循环中可以节约25%的油耗,支持手动挡混动策略,电动机小负荷下可以驱动车辆匀速行驶,增加了48V电动加热三元催化剂设备,满足欧6的排放法规。

福特focus 1.0L 3缸Eco-boost

整车架构

GTC II的BSG

燃油技术车_舍弗勒Schaeffler – 腾讯视频 https://v.qq.com/x/page/h01406gmob0.html

GTC II视频介绍(3min45sec)

PS:大陆公司还单独出了一个叫做“48 环保驾乘”的方案。

大陆集团48伏驾乘环保系统 – 腾讯视频 https://v.qq.com/x/page/v0332dyixyc.html

(3)德尔福

德尔福在今年年初的CES上展示了最新的48V系统,虽然成本上升了30%,但可以将轻混车型的燃油经济性提升70%。而除了经济性,这套48V电池系统拥有更强大的发电机和电动涡轮,可以在起步、低速时提供牵引力,还可以在发动机启动时用电力予以辅助,减少涡轮迟滞效应。

48V改装本田1.6L思域

德尔福48V:似曾相识 今非昔比 – 腾讯视频 https://v.qq.com/x/page/l0331o43dp5.html

视频介绍(2min18sec)

(4)法雷奥

该解决方案集成了法雷奥的iStARS停止启动系统,当车辆处于静止状态,它会自动关闭发动机,目前国产雪铁龙C4L就采用该启停系统。它还集成了再生制动和扭矩辅助功能,可实现内燃机小型化和变速箱降速。法雷奥提供了一个高效率的DC/DC转换器,并进一步提高了系统效率。

2016年6月28日-30日,法雷奥iBSG 48V起发电一体机技术亮相上海国际新能源汽车展览会,此次在法雷奥展台上亮相的标致207样车即应用了该项技术,它可在不影响驾乘舒适性的同时,帮助车辆提升燃油经济性,降低10%-15%的油耗。

(5)AVL

AVL作为专业的汽车技术公司,也整车厂提供如下方案:

后记

提供48V系统方案及零配件公司太多了,这次列举不过来。不过现如今48V轻混时代已经来临,小编已经得知国内的一些整车厂已经准备在明年开始尝试推广48V系统,由于成本不高,它可能也得不到国家的补贴。但不得不说它的性价比却始终摆在那里,我个人是比较看好它!

参考资料:1、德尔福中国(官方微博)

2、为什么 48V 轻混会比 24V 更省油?(知乎)

3、汽车干货:MHEV 48V混合动力技术篇!(车界动力精英圈)

4、48V节油率最高可达20% 三大因素推高行业预期(盖世汽车网)

5、能量回收加速辅助系统(BRS)(联合电子)

6、48伏技术方案的由来与收益(联合电子)

7、[解析] | 活捉“汽车48V系统”(电池中国)

8、pr_pdf_2016_04_21_gtc2_uv.pdf(大陆英文官网)

9、德尔福48V电池轻混系统将于2017年量产

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来源:知乎 http://www.zhihu.com

作者:吃完饭后不刷牙

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