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48V輕混系統到底是個什麼鬼?

本文首發於微信公眾號:“駕仕派”,歡迎斧正當前的大環境之下,排放法規的收緊已經成為瞭不可逆轉的趨勢,甚至已經有很多國傢傳出要在某一年之內停售燃油車。不過以當前的技術水平和環

本文首發於微信公眾號:“駕仕派”,歡迎斧正

當前的大環境之下,排放法規的收緊已經成為瞭不可逆轉的趨勢,甚至已經有很多國傢傳出要在某一年之內停售燃油車。不過以當前的技術水平和環境之下,要提前停售傳統的燃油車,顯然是為時過早的。目前無論怎麼發展純電動車,或者是HEV、PHEV等混合動力車型,都很難追上傳統燃油車的市場占有份額。怎麼樣才能讓這麼多燃油車的油耗快速跟進,從而應對嚴苛的排放法規呢?這時候一個全新的概念——48V輕度混合動力系統,就成為瞭各大車企需找到的技術突破口。這次我們就來科普一下,這到底是個什麼玩意兒?

眾所周知,汽車上的車用電子設備,基本上是由車載的12V蓄電池組提供電力的,本質上是將發動機的一部分動力通過發電後蓄能,然後再用這部分的能量來運作。目前主流的汽車蓄電池電壓是12V。以前12V的電壓對於車上的電子設備來說是夠用的,但是自從自動啟停系統誕生之後就不一樣瞭。在短暫停車之後,電機需要通過帶動發動機曲軸來“喚醒”發動機,而這樣的負載消耗的功率,要比車上其它用電設備大得多,所以搭配啟停系統的電機都經過功率加強,然而12V的車用電壓就顯得“心有餘而力不足”,造成啟停系統頻繁工作時震動大、反應慢;而且停車熄火後,空調也跟著不工作瞭,大大影響瞭用戶體驗。於是更大電壓的48V系統就應運而生瞭。

新一代的奧迪A8,已率先搭載瞭業界最新的48V輕混系統,此外奔馳、奇瑞、長安等廠商都已經確定會在未來新一代的車型上搭載48V輕混系統

48V輕混系統的基本思想,其實就是通過把車用設備的標準電壓提高到48V,使得它能夠帶動更大功率的車載系統,實現和車上其它系統更好的整合。它的基本思想是來源於目前最傳統的HEV混合動力車型,相當於帶啟停的動力系統,和高壓混合動力之間的折中解決方案。

48V輕混系統的最大好處,就是在於對發動機啟停、起步、剎車等工況下的優化,能直接省下不少油。首先,更高電壓下驅動的更大功率的啟停電機,能夠更輕松地帶動發動機曲軸,使得系統工作的延時更短、頓挫感更小,眾多老司機們的痛點也就迎刃而解瞭。

而且,48V系統有瞭更大容量的蓄電池、更大功率的電機,所以比起一般的啟停系統能實現更多功能。譬如車輛起步、短暫停車的時候,帶48V系統的動力總成可以采用純電驅動,從而避開燃油車起步時最耗油的怠速階段。剎車、滑行的時候,還可以通過發動機制動回收一部分動能,減少過程中的能量耗散。有一些48V系統,甚至可以在發動機停機的狀態下短暫接管空調,給空調壓縮機供能,避免空調一並停機。

另外,學過高中物理的人,都會知道有這麼一個公式:(註:此處用該公式隻是為瞭方便理解,實際上的情況要相對更復雜一些,感謝駕仕派網友的指正,也歡迎知友提出更嚴謹的說明。)

P=U^{2}/R

對於一個供電電壓U恒定的電路系統,要滿足更高的功率需求P,那麼就必須要降低內部電阻R。對於車用的電子系統來說,就要用更粗的導線,這勢必導致整車重量的增加,既提高瞭成本,又影響瞭油耗。但是如果直接提高電壓的話就省事多瞭。不但高壓線束的直徑可以減小,甚至諸如電機等元器件的體積也可以減小。所以它對整車輕量化來說是非常有好處的。

大陸集團開發的啟停電機模塊,集電機、減速器與逆變器於一體,更突顯輕量化優勢

可能有人會問瞭,既然這樣,為什麼不選擇比48V更大的電壓呢?這是因為如果電壓太高的話,就要考慮到高壓電路保護、電磁兼容性、車載電氣系統的穩定性等問題瞭。如此一來,開發成本就會迅速提高。而48V的電壓是一個在成本、安全、性能等方面兼顧比較好的選擇。而且在這個框架下,系統設計不會過於復雜,大多數燃油車都可以沿用原來的動力總成架構、總佈置,節省很多開發的功夫。

當然,48V畢竟依然是高壓系統,從設計、線束選型與保護措施等方面要做的額外防護,依然會比傳統燃油車更考究,成本還是會有所上升。但是這已經可以控制在一個比較合理的范圍內。目前,48V輕混系統的系統方案,以及核心部件,大部分都是由大陸、博世、聯電這樣的大型一級供應商開發,它們中的大部分都是主攻48V的方向,對於大多數通過采購來配備輕混系統的車廠來說,開發更高電壓的方案顯然是多此一舉。

德爾福(Delphi)推出的48V輕混系統方案

目前主流的48V輕混系統,核心部件包括48V電池、48V起動電機/發電機、一套48V/12V(DC/DC)的電壓逆變器,以及相應的控制模塊。其中48V電池大多為鋰離子電池,不但支持快速充電能力,而且能量密度大、可以有效地控制體積,減少占據車內寶貴的佈置空間。另外,系統中保留瞭48V/12V的電壓逆變器,讓車內一些低功率需求的電子設備繼續使用12V的直流電,降低成本。而空調壓縮機、起動電機等大功率的設備則使用48V電壓,通過48V的DC/AC逆變器,把48V的直流電變成交流電來適配電機。有一些廠商,還會選擇將起動電機/發電機整合為一體,進一步節約空間和重量。

當下主流的48V輕混系統方案,可見保留瞭傳統汽車的12V車載電路

根據各大供應商的數據,48V輕混系統可以降低大概15—20%左右的能耗和排放。而且未來中國將會成為48V系統普及的主戰場,預計到2025年,會有超過800萬臺搭載48V輕混系統的車型產自於中國。可以說,如今48V輕混系統,已經成為瞭對接傳統汽車和新能源汽車之間的橋梁。

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