大家应该都听说过' 48V系统' 这个名词, 目前汽车使用的12V电气系统已经使用超过60年, 曾经在1988年SAE建议将电压调整到42V, 但是由于当时的技术水平, 研发成本等原因, 汽车企业并没有积极推进, 至今依然是12V电压. 48V系统又分为48V电气系统和48V轻混系统.
目前大多数汽车都会搭载启停系统来降低油耗, 但是启停系统所需的功率相对大, 因为P=U*I, 在12V电压不变的情况下, 想要得到启停系统需要的功率, 就必须加大电流, 主流的发动机起动机的功率在600W到2000W之间, 简单经过数学运算, 电流会在50A到167A之间. 如此大的电流, 对于电路系统的负担很大.
在2011年, 奥迪, 宝马, 戴姆勒, 保时捷, 大众联合推出48V系统, 来满足日益增长的汽车电器负载要求, 更重要的是为了满足排放法规. 至于为什么选择48V系统?60V是人体安全电压, 48V电池的充电电压最高为56V, 接近60V, 所以48V电池眼压是安全电压下最高电压等级, 而且科技总是以指数形式增长, 使用相对高压为后来的技术铺垫好平台.
从表看出, 想要达到4.0L每百公里油耗, 单纯提高内燃机效率的做法显然不现实, 汽车混动化, 电动化是最好的出路. 纯电动化汽车虽然是国际趋势, 但是由于成本高和配套设施, 续航的问题, 短期内无法大量普及, 但是48V混动系统相比高压混动系统来说, 成本低, 达到70%的节能效果.
48V轻混系统可以看成12V启停系统的升级版, 增加了48V电压电池, 48V12V双向DC/DC, 48VBSG ((belt-drivenstartergenerator) /ISG ((intergratedstartergenerator) , 电动增压器, 电池管理系统.
根据BSG的设置位置有P0和P2两种设计.
第一种BSG放置发动机前侧, 这种结构对于BSG的布置简单, 对整车改动小, 并且可以替换原车的发电机. 但是由于BSG和发动机无法分开, 所以在滑行时, 发动机的拖拽减少了可回收的能量, NEDC工况下, 可以减少13%的CO2排放.
第二种BSG/ISG放在发动机和变速箱之间, 在能量回收阶段能断开发动机, 降低25%左右的CO2排放, 通过离合可以实现纯电驱动, BSG可以进一步升级为ISG, 去掉皮带, 集成度更高, 效率更高.
例如奔驰的48V系统由博格华纳提供, 由无皮带驱动的ISG一体式发电机/电机, 一个容量为1kWh的48V锂离子电池以及交/直流转换器组成, ISG代替了传统的起动机, 既可以驱动车辆, 又可以回收动能. 很多人上车之后, 第一时间就把启停系统关闭, 难以接受启停系统带来的噪音和震动, 而使用ISG之后, 启停系统更加平顺, 而且噪音更少.
使用48V系统后, 传统使用皮带驱动的空调压缩机, 油泵, 水泵等均可使用电力驱动, 减少皮带传动而产生的损耗, 既增加了功率输出, 又降低了能耗水平, 可谓一石二鸟. 其次, 电压的提升可使车辆用电器的功率增加, 例如空调压缩机功率增大, 制冷效果加强, 座椅加热也比以前更快到达温度, 在舒适性方面也是一种提升. 当电池电量充足时, ISG会断开发动机连接, 并熄灭发动机, 大大提升燃油经济性.
另外, 48V系统可以搭载大功率的电子涡轮, 最高转速科大72000rpm, 而定功率为5kw, 可以最大程度弥补废气涡轮的迟滞现象, 提高低转速区域的响应性. 还有一点就是轻量化, 48V系统减少个部件的驱动皮带, 改用电力驱动, 简化设计的同时减少体积和重量, 提升燃油经济性.
关于自主品牌的前景, 由于自主品牌的研发能力相对薄弱, 博世为它们提供整套的解决方案, BRS系统 (BoostRecuperationSystem) , 并计划2017年量产, 自主品牌可以依靠博世来推广48V系统的车型.
大陆 (Continental) &舍弗勒 (Shaeffler)
大陆和舍弗勒共同研发的GTCII基于P2架构, 将BSG设置在发动机和变速箱之间, 采用电机独立驱动, 在滑行和下坡路段可以关闭发动机, 减少发动机的阻力, 滑行更远的距离以及节省更多的燃油.
关于电池, 48V系统使用锂电池为储存能量的手段, 江森自控, 日立, SAFT, A123均推出48V系统专用电池.
48V系统对于豪华轿车和运动型车的作用不同, 对于豪华轿车48V系统最主要的作用在于保持行驶的顺滑感受为前提再节省一点燃油, 而运动型轿车则是使用48V系统用于性能方面, 例如在加速时用电机辅助, 使得成绩好上那么一点. 对于48V系统的用处, 不同品牌对此有不同的理解和设定.
总结
除了欧洲车企积极推动48V系统普及以外, 福特, 通用, 现代等车厂都看到了48V系统的未来, 表示将会开发48V车型; 国内的吉利, 一汽, 比亚迪, 长城也确认要引入48V系统, 欧洲车企对48V系统寄予厚望, 如果欧洲推行顺利, 中国市场应该会紧随其后. 48V轻混是成本, 技术, 符合法规的这种办法, 虽然燃油经济性比不上高压混动系统, 但是可以给不少厂商过渡的时间向新能源方向转移
