輕松入門(mén)48V輕混系統(tǒng)

當(dāng)前的大環(huán)境之下，排放法規(guī)的收緊已經(jīng)成為了不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，甚至已經(jīng)有很多國(guó)家傳出要在某一年之內(nèi)停售燃油車(chē)。不過(guò)以當(dāng)前的技術(shù)水平和環(huán)境之下，要提前停售傳統(tǒng)燃油車(chē)，顯然是為時(shí)過(guò)早的。目前無(wú)論怎么發(fā)展純電動(dòng)車(chē)，或者是HEV、PHEV等混合動(dòng)力車(chē)型，都很難追上傳統(tǒng)燃油車(chē)的市場(chǎng)占有份額。

怎么樣才能讓這么多傳統(tǒng)燃油車(chē)的油耗水準(zhǔn)快速跟進(jìn)，從而應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的排放法規(guī)呢？這時(shí)候一個(gè)全新的概念——48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)，就成為了各大車(chē)企需找到的技術(shù)突破口。

今天我們就來(lái)科普一下，這48V輕混系統(tǒng)到底是個(gè)什么玩意兒？

眾所周知，汽車(chē)上的車(chē)用電子設(shè)備，基本上是由車(chē)載的12V蓄電池組提供電力的，本質(zhì)上是將發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分動(dòng)力通過(guò)發(fā)電后蓄能，然后再用這部分的能量來(lái)運(yùn)作。目前主流的汽車(chē)蓄電池電壓是12V，以前12V的電壓對(duì)于車(chē)上的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)是夠用的，但是自從自動(dòng)啟停系統(tǒng)誕生之后就不一樣了。

具有自動(dòng)啟停系統(tǒng)的車(chē)型，在短暫停車(chē)之后，電機(jī)需要通過(guò)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸來(lái)“喚醒”發(fā)動(dòng)機(jī)，而這樣的負(fù)載消耗的功率，要比車(chē)上其它用電設(shè)備大得多，所以搭配啟停系統(tǒng)的電機(jī)都經(jīng)過(guò)功率加強(qiáng)，然而12V的車(chē)用電壓就顯得“心有余而力不足”，造成啟停系統(tǒng)頻繁工作時(shí)震動(dòng)大、反應(yīng)慢；而且停車(chē)熄火后，空調(diào)也跟著不工作了，大大影響了用戶(hù)體驗(yàn)——于是，更大電壓的48V系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。

新一代的奧迪A8，已率先搭載了業(yè)界最新的48V輕混系統(tǒng)，此外奔馳、奇瑞、長(zhǎng)安等廠商都已經(jīng)確定會(huì)在未來(lái)新一代的車(chē)型上搭載48V輕混系統(tǒng)。

48V輕混系統(tǒng)的基本思想，其實(shí)就是通過(guò)把車(chē)用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓提高到48V，使得它能夠帶動(dòng)更大功率的車(chē)載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)和車(chē)上其它系統(tǒng)更好的整合。而它的基本思想的來(lái)源，就是目前最傳統(tǒng)的HEV混合動(dòng)力車(chē)型——相當(dāng)于帶啟停的動(dòng)力系統(tǒng)，與高壓混合動(dòng)力之間的折中解決方案。

48V輕混系統(tǒng)的最大好處，就是在于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、起步、剎車(chē)等工況下的優(yōu)化，能直接省下不少油。首先，更高電壓下驅(qū)動(dòng)的更大功率的啟停電機(jī)，能夠更輕松地帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，使得系統(tǒng)工作的延時(shí)更短、頓挫感更小，眾多老司機(jī)們的痛點(diǎn)也就迎刃而解了。

而且，48V系統(tǒng)有了更大容量的蓄電池、更大功率的電機(jī)，所以比起一般的啟停系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更多功能——

譬如車(chē)輛起步、短暫停車(chē)的時(shí)候，帶48V系統(tǒng)的動(dòng)力總成可以采用純電驅(qū)動(dòng)，從而避開(kāi)燃油車(chē)起步時(shí)最耗油的怠速階段；剎車(chē)、滑行的時(shí)候，還可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)回收一部分動(dòng)能，減少過(guò)程中的能量耗散；有一些48V系統(tǒng)，甚至可以在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)的狀態(tài)下短暫接管空調(diào)，給空調(diào)壓縮機(jī)供能，避免空調(diào)一并停機(jī)。

對(duì)于一個(gè)供電電壓U恒定的電路系統(tǒng)，要滿足更高的功率需求P，那么就必須要降低內(nèi)部電阻R。對(duì)于車(chē)用的電子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就要用更粗的導(dǎo)線，這勢(shì)必導(dǎo)致整車(chē)重量的增加，既提高了成本，又影響了油耗。但是如果直接提高電壓的話就省事多了。不但高壓線束的直徑可以減小，甚至諸如電機(jī)等元器件的體積也可以減小。所以它對(duì)整車(chē)輕量化來(lái)說(shuō)是非常有好處的。

大陸集團(tuán)開(kāi)發(fā)的啟停電機(jī)模塊，集電機(jī)、減速器與逆變器于一體，更突顯輕量化優(yōu)勢(shì)

可能有人會(huì)問(wèn)了，既然這樣，為什么不選擇比48V更大的電壓呢？這是因?yàn)槿绻妷禾叩脑?，就要考慮到高壓電路保護(hù)、電磁兼容性、車(chē)載電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性等問(wèn)題了。如此一來(lái)，開(kāi)發(fā)成本就會(huì)迅速提高。而48V的電壓是一個(gè)在成本、安全、性能等方面兼顧比較好的選擇。而且在這個(gè)框架下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不會(huì)過(guò)于復(fù)雜，大多數(shù)燃油車(chē)都可以沿用原來(lái)的動(dòng)力總成架構(gòu)、總布置，能節(jié)省很多開(kāi)發(fā)的功夫（資金&時(shí)間）。

當(dāng)然，48V畢竟依然是高壓系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)、線束選型與保護(hù)措施等方面要做的額外防護(hù)，依然會(huì)比傳統(tǒng)燃油車(chē)更考究，成本還是會(huì)有所上升——但是這已經(jīng)可以控制在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)。目前，48V輕混系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，以及核心部件，大部分都是由大陸、博世、聯(lián)電這樣的大型一級(jí)供應(yīng)商開(kāi)發(fā)，它們中的大部分都是主攻48V的方向，對(duì)于大多數(shù)通過(guò)采購(gòu)來(lái)配備輕混系統(tǒng)的車(chē)廠來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)更高電壓的方案顯然是多此一舉。

目前，在汽車(chē)、工業(yè)設(shè)備和服務(wù)器等用途，將配電用總線電壓提高至+48V的趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)，這是因?yàn)樘峁┙o微處理器、FPGA、GPU和ASIC等的電流量不斷增大。以前的+12V或+7V的低電壓，配電時(shí)的電力損耗過(guò)大，壓降也會(huì)變大。將+12V和+7V提高至+48V的話，可以降低電力損失。不過(guò)，如果利用以往的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器技術(shù)將+48V一下子轉(zhuǎn)換為+3.3V，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的降壓品質(zhì)，轉(zhuǎn)換效率會(huì)大幅降低。

為此，羅姆此次新開(kāi)發(fā)了兩項(xiàng)技術(shù)。一項(xiàng)是+80V高耐壓MOSFET的集成技術(shù)，另一項(xiàng)是將開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間縮短至原產(chǎn)品的1/6、即20ns的技術(shù)。利用該公司自主開(kāi)發(fā)的脈沖控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“業(yè)內(nèi)最短”的導(dǎo)通時(shí)間，可用2MHz的開(kāi)關(guān)頻率將+48V電壓穩(wěn)定降至+3.3V。由于實(shí)現(xiàn)了大幅降壓，無(wú)需再利用中間總線電壓的二級(jí)轉(zhuǎn)換。不但能削減安裝面積，還可以提高轉(zhuǎn)換效率。主要用于汽車(chē)和工業(yè)設(shè)備等。

反饋環(huán)路的控制方式采用電流模式。相位補(bǔ)償電路能以短脈沖寬度控制，因此設(shè)計(jì)時(shí)比較簡(jiǎn)單。采用同步整流方式。輸入電壓范圍為+12.0～65.0V。符合車(chē)載半導(dǎo)體IC的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)“AEC-Q100”。配備了過(guò)電流保護(hù)功能、低輸入誤動(dòng)作防止功能、高輸入誤動(dòng)作防止功能、輸出過(guò)電壓保護(hù)功能、溫度保護(hù)功能及短路保護(hù)功能等。封裝采用外形尺寸為4.0mm×4.0mm×1.0mm的24端子VQFN24SV4040。

審核編輯黃昊宇