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一文了解48V汽車係統
迫於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(zhe)補貼的逐年退坡,“雙積分”政策(cè)的加速推廣(guǎng),2020年平均油(yóu)耗限值5升/百公裏的硬(yìng)指標,節(jiē)能減排成為每(měi)個車企懸在頭上的利劍。此時一個非常熱門的詞匯——48V係統火了小編的朋友圈,都快到了不提48V都不算圈內人的(de)地步,究竟什麽是48V呢?
48V係統概念
48V係統是指係統電壓為48V,用能量小於一度(dù)電的功率型鋰離子電池替代傳(chuán)統的鉛酸電(diàn)池,用BSG電機(jī)替代傳統的啟動電機和發電機(jī),除了自動啟停功能之外,還能夠在(zài)必(bì)要的時候(hòu),為車輛提供輔助動力。
一(yī)般來說,48V係(xì)統由三大件組成:電機、鋰(lǐ)離子電池(chí)組以及DC-DC轉換(huàn)器。48V係統一般與內燃機並聯。相較於高壓(yā)混合動力係(xì)統,48V微混係統能夠以三分之一的成(chéng)本提供了全混合動力的三分之二的好處,讓燃油經濟性(xìng)提高了15%至20%。
48V還可以用於驅動(dòng)電動增壓器(e-ger)。電(diàn)動增壓器(qì)取代傳統的等(děng)待廢氣讓渦輪達到最高速度,會讓加速過程更加迅速,同時滯後感(gǎn)也會並不那麽顯著。
48V係統(tǒng)起源
1918年汽車首(shǒu)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(diàn)池的電壓等級是6V,並(bìng)且正極接地。由於內燃機排(pái)量的增加以(yǐ)及高壓縮比內燃機的出現,6V蓄電池(chí)已經不能滿足功率需求,1950年電(diàn)壓等級開始向12V進化,一直到現在,12V電壓係統已(yǐ)經統治了60多(duō)年。
1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提議(yì)把標準電壓提高至42V。由於當時的(de)技術水平,以及電氣零部件(jiàn)替換的高昂費用,汽車企業並沒有積極推進(jìn)實施,最終夭折,至今(jīn)汽車依然是(shì)12V係統。
而目前麵對5升/百公裏的(de)油耗限值12V怠速啟停等技(jì)術的節油潛力已經達到(dào)瓶(píng)頸了,怠速啟停和製動回收都是有效的(de)節能(néng)技術手段,但是在(zài)12V係統中,由於電壓較低,得不到很好的(de)發揮,增加技術成本的同時節能效(xiào)果有(yǒu)限。
2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen聯合推(tuī)出48V係統,以(yǐ)滿足日益增長的(de)車載負載(zǎi)需求,更重要的是(shì)為了滿足2020年嚴格的排放法規。並在隨後發布(bù)了(le)48V係(xì)統規範LV148。
48V輕混(hún)係統優缺點
純電動化是汽車的終極目標,但是由(yóu)於續航問(wèn)題,充電問題(tí),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(jiù)是說隻要低於60V的電壓不需要采取額外的安(ān)全防護措施(shī),48V電池的充電電(diàn)壓最高(gāo)56V,已經很接近60V,即(jí)48V電池電壓(yā)是安全電壓下的最高電(diàn)壓(yā)等級了。
48V輕混係統相比高壓混動係統而言,成本更低,卻可以(yǐ)達到高壓混動係統(電池電壓>100V)大部分節能效果,按照德爾福的測算,48V輕混係統是(shì)高壓輕混係(xì)統成本的30%,能達到高壓輕混係統(tǒng)70%的節能效果。
優點:
1.降(jiàng)低CO2排放,提升燃油率,適應國家政策。
2. 低於60V安全電壓,不(bú)需要采取額外的電壓防(fáng)護,相對高壓混動係(xì)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(dà)幅(fú)更改設計即可配套。且與(yǔ)高壓係統相比,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(fù)件電動化,比如(rú)空調壓縮機、冷卻水泵、真(zhēn)空泵等,降低發動機的負(fù)載,即(jí)使在發動機關閉的情況下,這些設(shè)備也能工作;可以(yǐ)支持更大功率(lǜ)的車載設備。
5. 將車載電器工作電壓提升到(dào)48V,可以進一步降(jiàng)低損耗,同時可以降低線束外徑;BSG/ISG點火(huǒ)時間更短,更低(dī)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(diàn)壓(yā)下會存在電(diàn)弧,是風險隱患,需要處理;
3. 原來的12V車載設備(bèi)遷移到48V需要(yào)重新開發以及測試,代價巨大並且周期(qī)長;
4. 比12V start-stop係統成本高,節能(néng)效果不如高壓(yā)混動係統。
48V輕混係統工作模式
自動啟停(START/STOP):等紅綠燈,車輛靜止狀態下,發動機處(chù)於關閉狀態,48V大容量電池利用(yòng)存儲的能量(liàng)維持車(chē)載電氣的(de)正常運行,發動機可以隨時快速(sù)啟動。
能量回(huí)收(RECUPERATION):能(néng)量回收可以將動能轉化為電(diàn)能,並存儲到電池中。僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗(hào)。
動力輔助(BOOST):混動係統可以減小發動機的排量(liàng),在提速階段(duàn),電機的輔助動力能彌補發動機動力(lì)的(de)不足,實現不損失(shī)動力的情況下降低排放。
航(háng)行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING):在車輛恒速運行(háng),並且電(diàn)池電量充足的情況下(xià),關閉發動機噴油係統,依靠電機來維持車輛運(yùn)行。電機提供(gòng)的動力用來抵消行駛阻力以(yǐ)及發動機的(de)拖拽阻力。位(wèi)於P2位(wèi)置的BSG/ISG在高速巡航(háng)階段(duàn),電能充足的情況下(xià),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(dòng)機會迅速啟動,平(píng)滑切入到當前車速。
滑行(COASTING):在鬆(sōng)開(kāi)油門,車輛處(chù)於滑行(háng)階段,離合器分離發動機和傳動係統(tǒng)的機械連接,徹底關閉(bì)發動機,實現更長的行駛(shǐ)距離。相當於(yú)傳統車輛空檔滑行,隻不過傳統車輛在切換(huàn)到空檔滑行之後,發動機轉速在降到怠(dài)速時依然需要噴油來維持發動機的運(yùn)行。
相較(jiào)於純(chún)電動與混合動(dòng)力(lì)的解決(jué)方案,48V微混係統對(duì)動力驅動係統(tǒng)的改動不大(dà),能夠很快地進行部署,屬於相對低成本快部署的方案。這(zhè)也現在火爆的原因之一。對(duì)於國內車企而(ér)言,盡管在政策的驅動下,會轉向電動車與混合動力的(de)開發。但相比於200-600V的強混,尤其是目前雷淩和卡羅拉(lā)的強混現在隻賣13、4萬,如果成(chéng)本繼續壓(yā)縮,那麽48V的市場有多(duō)大就很難說(shuō)。尤其從開發到應用(yòng)到最後的量產(chǎn)推出市場,是要等到新能源車占據到一定比例了,才能(néng)夠起(qǐ)到作用。而要(yào)新能源車占據一定比例,這(zhè)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(shè)施的建設、關鍵部件(jiàn)的產(chǎn)能都得跟上。