48V系統(tǒng)將給汽車產(chǎn)業(yè)帶來一場(chǎng)革命

　　在過去的每一年，汽車產(chǎn)業(yè)都會(huì)帶來更新、更復(fù)雜的高端技術(shù)。也就是在這些技術(shù)的推動(dòng)下，加上史無前例的嚴(yán)排放法規(guī)，給汽車的電源帶來了更高的需求。正是在這些因素的影響下，48V電子系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域正如野火一樣在全球蔓延。有專家預(yù)測(cè)，到2025年，有五分之一出售的汽車會(huì)搭載48V電子系統(tǒng)，這將會(huì)構(gòu)建一個(gè)新的宏偉藍(lán)圖。但是我們得承認(rèn)，48系統(tǒng)并不是什么新技術(shù)。

　　在和德爾福和大陸兩家主要汽車供應(yīng)商的相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行了深入交談之后，我對(duì)48V系統(tǒng)怎么工作和為什么這么流行有了深入的了解。主要有兩個(gè)原因：第一個(gè)，也是最重要的，那就是滿足政府規(guī)定的嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)；第二，就是讓汽車擁有更強(qiáng)勁的動(dòng)力。

　　提升電力負(fù)荷

　　德爾福的48V電動(dòng)增壓器“E-charger”

　　在過去的十幾年，汽車制造商已經(jīng)用越來越多的高科技、高效率的新技術(shù)取代傳統(tǒng)的機(jī)械配件。如：電動(dòng)助力助向、電動(dòng)制動(dòng)真空泵和電動(dòng)水泵。緊接著，汽車制造商更是將信息娛樂系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制、車道偏離警示系統(tǒng)和盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等一系列新技術(shù)引入了汽車。加上傳統(tǒng)的座椅加熱、加熱方向盤和加熱擋風(fēng)玻璃。

　　在這種環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的12V電子系統(tǒng)變得越來越捉襟見肘。于是48V系統(tǒng)便逐漸被提上了日程，幫助滿足日益增長(zhǎng)的汽車需求。在豪華車上面，這種趨勢(shì)越來越明顯。

　　例如Bentley Bentayga，就用了一個(gè)48V的電池去驅(qū)動(dòng)電動(dòng)防傾桿系統(tǒng)，以達(dá)到更好的操控。而奧迪也同樣用了同樣的電池包去為電動(dòng)增壓器供電。

　　德爾福的工程副總Mary Gustanski表示，后者的這個(gè)技術(shù)對(duì)于提高汽車的加速能力有很大的幫助。該公司的“E-charger”被應(yīng)用在本田的新思域上面，讓汽車在很低的引擎轉(zhuǎn)速的時(shí)候在汽車的啟停方面了了很大的提升。

　　48V系統(tǒng)是怎樣工作的？

　　在談48V系統(tǒng)之前，我們要先了解一下其概念。

　　所謂48V系統(tǒng)，是指幾家德國(guó)整車和零部件制造商共同倡導(dǎo)的一種低成本節(jié)油技術(shù)方案。該系統(tǒng)是一種低混合動(dòng)力系統(tǒng)，也可以把它看成是起停系統(tǒng)的升級(jí)版。該系統(tǒng)電壓為48V，用能量小于一度電的功率型鋰離子電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛酸電池，用BSG電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)。它不但具有怠速啟停功能，還具有發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)滑行、滑行與制動(dòng)能量回收、加速助力和電巡航功能。更重要的是，其單車成本不會(huì)超過5000元人民幣。

　　盡管現(xiàn)在大家都在談48V系統(tǒng)，但現(xiàn)在基本上我們汽車上的燈光、發(fā)動(dòng)機(jī)配件、車載娛樂信息系統(tǒng)等都是使用的12V系統(tǒng)。

　　但不同于上世紀(jì)90年代業(yè)界想用42V系統(tǒng)完全取代的做法，這次48V系統(tǒng)知識(shí)想作為12V的重要補(bǔ)充，探討一種混合的解決方案。換句話說，新型的電動(dòng)機(jī)和48V電池是被添加到傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和12V電池上，作為一個(gè)強(qiáng)力補(bǔ)充。這和你現(xiàn)在在GM BAS Hybrid、Buick LaCrosse 和Saturn Aura看到的系統(tǒng)比較相似。

　　與古老的GM電力總成一樣，很多新的雙電壓混合動(dòng)力設(shè)計(jì)（和Renault Scenic的48V系統(tǒng)一樣） 包含了三個(gè)主要部件：MGU（Motor Generator Unit）、DC/DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高電壓電池。這里，MGU可以替代前端輔機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)，DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池的作用也日益重要。

　　也就是這樣，讓48V系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得相對(duì)便宜和簡(jiǎn)易?！斑@可以在30%花費(fèi)的情況下，達(dá)到50%到70%的收益”，Gustanski說。這個(gè)50%到70%的提升可以節(jié)約15%燃料，他繼續(xù)說。

　　大陸集團(tuán)也認(rèn)同這種觀點(diǎn)。他們表示，在他們的最初的NEDC環(huán)境測(cè)試中，同樣可以獲得13%的燃料節(jié)省，在真實(shí)的應(yīng)用中，這個(gè)數(shù)據(jù)有可能達(dá)到21%。這是非常驚人的。

　　鋰離子電池和DC/DC轉(zhuǎn)換器

　　這是德爾福在今年CES現(xiàn)場(chǎng)展示的原型，包括了電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、保險(xiǎn)絲和電池控制器，他們占領(lǐng)的空間不大，在實(shí)際應(yīng)用中，他們是隱藏起來的。

　　在德爾福和大陸的48V系統(tǒng)中用到的電池是鋰電池單元，電池的尺寸只有鞋盒那么大（上圖的黑盒子），這個(gè)低于1Kwh的電池包將能源傳輸?shù)揭粋€(gè)12V的鉛酸電池，當(dāng)然，這是要借助一個(gè)DCDC轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)的（上圖帶風(fēng)扇的銀色盒子）。這是為了將電壓降低，滿足車上12V設(shè)備的供電需求。

　　為什么需要48V的大電池？Gustanski表示歸根到底是效率和成本的問題。

　　一個(gè)48V的電池能夠支持的汽車配件是12V電池的四倍，這就意味可以用這個(gè)電池可以同時(shí)給更多的設(shè)備供電。例如風(fēng)扇、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)架、泵和壓縮機(jī)。這樣的話，就可以使得產(chǎn)品更有效率。除此之外，這對(duì)電子線束尺寸和重量也了很大的改善。

　　Gustanski也承認(rèn)，更高的電壓，帶來的影響力也更大。

　　聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，在汽車電子系統(tǒng)中，如果電壓高于60V（官方規(guī)定的高壓），會(huì)帶來個(gè)更高標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽、線管和連接器的需求，勢(shì)必也會(huì)帶來更大的成本。將電壓保持在這個(gè)電壓以下，意味著這個(gè)輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的成本能夠停留在800到1200美金之間。

　　也正如Gustanski所說，根據(jù)“拇指法則”，汽車制造商在MPG獲得的燃油節(jié)省技術(shù)上面投入的成本有個(gè)期望，那就是每提高一個(gè)百分點(diǎn)可以支付的成本為50到100美金。這個(gè)輕度混合動(dòng)力成本正是滿足需求的產(chǎn)品。

　　電動(dòng)發(fā)電機(jī)組

　　和交流發(fā)電機(jī)一樣，電動(dòng)發(fā)電機(jī)組通過一個(gè)皮帶連接到引擎的曲軸。這個(gè)48V的單元通常是液冷的，因此會(huì)有一個(gè)特別的拉緊器去適應(yīng)曲軸會(huì)被MGU應(yīng)用的事實(shí)。

　　在第一個(gè)例子，大概10kW的單元就像一個(gè)電機(jī)，借助一個(gè)逆變器，它就能夠從48V的鋰電池獲得電流，這樣就能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)通過傳送皮帶將動(dòng)力傳送給汽油或者柴油引擎，將其“點(diǎn)燃”。這個(gè)應(yīng)用在啟停的時(shí)候，也能快速“點(diǎn)燃”引擎（12V系統(tǒng)需要冷啟動(dòng)），這樣做的就能將扭矩提高100左右，進(jìn)而改善加速性能（尤其是在啟停的時(shí)候）。傳送經(jīng)過計(jì)算的轉(zhuǎn)矩脈沖到引擎，還能降低啟停時(shí)候的震動(dòng)，或者降低引擎負(fù)載，降低燃油消耗。

　　這個(gè)單元不但充當(dāng)電機(jī)，將轉(zhuǎn)矩傳送給曲軸，也正如名字所說的一樣，它還是一個(gè)發(fā)電機(jī)。在接收到轉(zhuǎn)矩之后，它又會(huì)給48V的電池組充電。這個(gè)不但在引擎工作的時(shí)候能通過皮帶帶動(dòng)（像傳統(tǒng)的交流電機(jī)）充電。在引擎關(guān)閉之后，滑行和剎車的時(shí)候，同樣能夠充電。

　　這意味著內(nèi)燃機(jī)可以切斷燃油供應(yīng)，同時(shí)，車輪可以通過一個(gè)鎖定的轉(zhuǎn)矩變換器帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的傳送帶然后帶動(dòng)單元，這樣同樣為48V電池供電。

　　因此，這個(gè)單元不但可以在啟停的時(shí)候無縫啟動(dòng)汽車，還能執(zhí)行交流發(fā)電機(jī)的充電。更能通過利用曲軸上的轉(zhuǎn)矩降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載。當(dāng)然，這個(gè)也允許再生制動(dòng)器。

　　不同級(jí)別的輕度混合系統(tǒng)

　　德爾福的Mary Gustanski告訴我，他們需要聚焦在MGU驅(qū)動(dòng)的輕度混合系統(tǒng)（這種統(tǒng)稱P0輕度混合系統(tǒng)），但是這些低成本的系統(tǒng)對(duì)于EV來說是一個(gè)捷徑，因此他們的下一步目標(biāo)就是P2系統(tǒng)。

　　所謂的P2系統(tǒng)和奔馳的“Mercedes’ inline starter generator”系統(tǒng)一樣，相對(duì)而言是比較貴的。同時(shí)其應(yīng)用也會(huì)給汽車的內(nèi)部設(shè)計(jì)帶來新的變化（如現(xiàn)在的電動(dòng)發(fā)電機(jī)單元是處于引擎和傳送帶之間），也會(huì)對(duì)離合器等配件造成影響。P2的目標(biāo)是允許電機(jī)直接給車輪提供動(dòng)能，而不需要借助引擎。這樣就可以大大提高效率。

　　上面圖片展示的大陸P2系統(tǒng)就有一個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)處在引擎與變速系統(tǒng)之間。且通過兩個(gè)離合器分開兩個(gè)配件。MGU則被放置到另一邊，通過皮帶提供轉(zhuǎn)矩。

　　為了只通過電給車提供動(dòng)能，而不是通過帶動(dòng)一個(gè)不運(yùn)行的引擎，引擎端的離合器需要打開。電機(jī)通過皮帶和動(dòng)力傳動(dòng)滑輪系統(tǒng)帶動(dòng)變速器輸入軸。

　　在一個(gè)大熱天應(yīng)用啟停的時(shí)候，兩個(gè)離合器都會(huì)打開，這樣的話單元可以將動(dòng)能傳送給空調(diào)壓縮機(jī)，而不需要通過借助移動(dòng)汽車或者轉(zhuǎn)動(dòng)引擎。

　　為P2制造空間是一個(gè)重要的任務(wù)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)比P0系統(tǒng)更好的系統(tǒng)的元件很快會(huì)以不同的方式裝進(jìn)全球的汽車?yán)?。這種純粹用電驅(qū)動(dòng)的方式還可以在引擎停止的時(shí)候，運(yùn)行空調(diào)，這樣不但會(huì)帶來更好的節(jié)油率，還可以帶來更舒服的體驗(yàn)。

　　一切都是為了更高的效率

　　傳統(tǒng)用皮帶驅(qū)動(dòng)的空調(diào)壓縮機(jī)

　　大陸和德爾福的相關(guān)人員告訴我，48V系統(tǒng)變得越來越流行了，而主要可以歸功于以下這個(gè)因素：那就是滿足燃油經(jīng)濟(jì)和二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)。尤其在歐洲和中國(guó)，這兩個(gè)點(diǎn)的受關(guān)注程度尤其高。到2020年，前者每公里的行駛帶來的二氧化碳排放為95克，而后者到2021年每公里帶來的二氧化碳排飯也會(huì)達(dá)到117克。而美國(guó)本身的MPG需求顯示，到2025年，每公里行駛的帶來的二氧化碳排放為101克，

　　48V系統(tǒng)取代12代系統(tǒng)帶來的不僅是成本的節(jié)約，還是減排的需求，同時(shí)泵和風(fēng)扇在高壓的時(shí)候，帶來的效率提升也是非常明顯的。更重要的是，48V的系統(tǒng)能夠提供更多的電能，滿足不斷增加的各種汽車功能的需求，同時(shí)還能解放一些以往智能由引擎驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。

　　例如傳統(tǒng)的水泵和空調(diào)，就是最明顯的改變。

　　例如在一個(gè)寒冬里，你開的車正在用4000的轉(zhuǎn)速爬山。在傳統(tǒng)的汽車?yán)?，由引擎帶?dòng)的水泵會(huì)把很多冷卻液傳送給引擎。但實(shí)際上因?yàn)橥饨绛h(huán)境也很低，所以壓根就不需要冷卻液來幫引擎降溫。因此如果我們使用的是電水泵，這個(gè)問題就有可能避免。

　　Gustanski舉了另一個(gè)例子。汽車在高速上高速定速巡航的時(shí)候，如果能用電驅(qū)動(dòng)空調(diào)的話，就不需要像傳統(tǒng)汽車的做法，在如此高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)的高速度。換句話說，這套新系統(tǒng)的出現(xiàn)，能夠讓汽車的某些配件能夠按需運(yùn)行。

　　Gustanski甚至提到，利用一個(gè)48V給柴油車迅速加熱催化劑，減少排放。

　　毫無疑問，48V汽車系統(tǒng)將會(huì)成為主流。IHS的報(bào)告甚至顯示，到2025年，48V的系統(tǒng)的市場(chǎng)容量會(huì)提高九倍，屆時(shí)大概有1400萬輛汽車引入了這個(gè)系統(tǒng)。

　　這對(duì)德爾福和大陸這樣的供應(yīng)商來說，是一件很好的事情。對(duì)消費(fèi)者來說，這同樣也是一個(gè)好事。這不但帶來了更好的燃油經(jīng)濟(jì)，也帶來了更多更好的電子體驗(yàn)。同時(shí)還提升了性能。當(dāng)然成本的減少，這樣才是更直接的優(yōu)勢(shì)。