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一文了解48V汽(qì)車係統
迫於越來越重(chóng)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,而隨著補貼的逐年退坡,“雙積分”政策的加(jiā)速推廣,2020年平均油耗限值5升(shēng)/百公(gōng)裏的硬指標,節能減排成為每個車企懸在頭(tóu)上的利劍。此時一個非常熱門的詞匯——48V係統火了小編的朋(péng)友圈,都快(kuài)到了不提48V都(dōu)不算圈內人的地步,究竟什麽是48V呢?
48V係統概(gài)念
48V係統是(shì)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統的鉛酸電(diàn)池,用BSG電機替代傳統的啟動電機和發電(diàn)機,除了自動啟停功能之外,還(hái)能夠在必要的時候,為車輛提(tí)供輔助動力。
一般來說,48V係統由三大件組成(chéng):電機、鋰離子電池組以及DC-DC轉換器。48V係統一般與內燃機並聯(lián)。相較於(yú)高(gāo)壓混合動力係統,48V微混係統(tǒng)能夠以三分之一的成本提供了全混合動力的三分之二的好處,讓燃油經濟性提高了(le)15%至20%。
48V還可以用於驅動電動增壓器(e-ger)。電(diàn)動增壓器取代(dài)傳統的等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係統起源
1918年汽(qì)車首次引入了蓄電池,隨著起動機的誕生(shēng),1920年蓄電池獲得了廣泛應用,當時蓄(xù)電池的電壓等級是6V,並且正極(jí)接地。由於內燃機排量的增加以及高壓縮比內燃機的出現,6V蓄電池已經不能滿足功率需求,1950年電壓等級(jí)開始向12V進(jìn)化,一直到現在,12V電壓係統已經(jīng)統治了60多年。
1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提議把標準(zhǔn)電壓提高至42V。由於當時的技術水平,以及電氣零部件替換的(de)高昂費用,汽車企業並沒有積極推進實施,最終夭折,至今汽車依然是12V係統。
而目前麵對5升/百公裏(lǐ)的油(yóu)耗限值12V怠速啟停等技術的節油潛力已經達到瓶頸了,怠速啟停和製動回收都是有效的節能技術手段,但是在12V係統中,由於電壓較(jiào)低,得不到很好的發揮,增加技術成本的同時節能效果有(yǒu)限。
2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen聯合推出48V係統,以滿足日益增長的車載負載需(xū)求,更(gèng)重要的是為了(le)滿(mǎn)足2020年嚴格的排放法規。並在隨後(hòu)發(fā)布了48V係統規範LV148。
48V輕混係統優缺點
純(chún)電動化是汽車的終(zhōng)極目標,但是由(yóu)於續航問題,充電問題,以及成本問題,無法在短期內大量普及。而60V是安全電壓(yā),也就是說隻要(yào)低於60V的電(diàn)壓(yā)不(bú)需(xū)要(yào)采取額外的安全防護措(cuò)施,48V電(diàn)池的充電電壓最高56V,已經很接近60V,即(jí)48V電池電壓是安全電(diàn)壓下的最高電壓等級了。
48V輕混係統相比高壓混動係統而言,成本更(gèng)低,卻可以達到高壓混動係(xì)統(電池電壓>100V)大部分節能效(xiào)果,按照德爾福(fú)的測算,48V輕混係統(tǒng)是高壓輕混係統成本的30%,能達到高壓輕混係統70%的節能效果(guǒ)。
優(yōu)點:
1.降低CO2排放,提升燃油率,適應國家(jiā)政(zhèng)策。
2. 低(dī)於60V安全電壓,不需要采取額外的電壓(yā)防護,相對高壓混動係統,成本(běn)更低;
3. 48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator,無需大幅更改設計即可配套。且與高壓係統相比,降低匹配難度,同時(shí)也降低了成本和重量
4. 可以將傳統發動機上(shàng)的高負載附件電動化,比如空調壓縮機、冷(lěng)卻水泵、真空泵等,降低發動機的負載,即使在發動機關(guān)閉的(de)情況下,這些設備也能工作;可以支持更(gèng)大功率的車載設備。
5. 將車載電(diàn)器(qì)工(gōng)作電壓提(tí)升到48V,可以進一步降低損耗,同時可以降低線束(shù)外徑;BSG/ISG點火時間更短,更低噪音和更小(xiǎo)震動。
缺點:
1. 電壓的升高,電磁兼容(róng)要求會更高;
2. 48V電壓下會存在電弧,是風險隱患(huàn),需要處(chù)理;
3. 原來的12V車載設備遷移(yí)到48V需要重新開發以及測試,代價(jià)巨大並且周期長(zhǎng);
4. 比12V start-stop係統成本高,節能(néng)效果不如高壓混動係統。
48V輕混係統工作模式
自動啟停(START/STOP):等(děng)紅綠燈,車(chē)輛靜止(zhǐ)狀態下,發動機處於關閉狀態,48V大容量(liàng)電池利用存儲的能(néng)量維(wéi)持車載電氣的正常運行,發動機可以隨時快速啟動。
能量回(huí)收(RECUPERATION):能量回收可以將動能轉化為電能,並(bìng)存儲到電池中。僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗。
動力輔(fǔ)助(BOOST):混動係統可以(yǐ)減小發動機的排量(liàng),在提速階段,電機的輔助動力能彌補發動(dòng)機動力的不(bú)足,實現不(bú)損失動力的(de)情況下降低排放。
航行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING):在車輛恒速運行,並且電池電量充(chōng)足的情況下,關閉發動機噴油係統,依靠電機來維持車輛運行。電機提供(gòng)的動力用來抵(dǐ)消行駛阻力以(yǐ)及發(fā)動機的拖拽阻力。位於(yú)P2位(wèi)置的BSG/ISG在高速巡航階段(duàn),電能充足的情況下,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,發動機會迅速啟動,平滑切入到當前車速(sù)。
滑行(COASTING):在(zài)鬆開油門,車輛處於滑(huá)行階段,離合器分離發動機和傳動係統的機械連接,徹底關(guān)閉發(fā)動機,實現更長的(de)行駛距離。相當(dāng)於傳統車輛空檔滑行,隻不過傳統車(chē)輛在切換到空檔滑行(háng)之後,發動機轉(zhuǎn)速在降到(dào)怠速時依然需要噴油來維持發動機(jī)的運行。
相較於純電動與混合動力的解決方案,48V微混係統對動力驅動係統的改動不大,能(néng)夠很快地進行部署,屬於相對低成本快部署的方案。這也現在火爆的原因之一。對於(yú)國內車企(qǐ)而言,盡管(guǎn)在(zài)政策的驅動下,會轉向電動車與混合動力的開發。但相比於(yú)200-600V的強混,尤其是目前雷淩和卡羅拉的強混現在隻賣13、4萬,如果(guǒ)成(chéng)本繼(jì)續壓縮(suō),那麽48V的市場有多大就很難說。尤其從開發到應用到最後的量產推出市場,是要等到新能源車占據到一定比例了,才能夠(gòu)起到作用。而(ér)要新(xīn)能源車占據一定比例,這個(gè)就是全產業鏈的(de)事情(qíng),不僅僅(jǐn)是車企本身技術的開發,基礎設施的建設、關(guān)鍵部件的產能都得跟上。