新能源變革 48V輕度混動系統(tǒng)解析

全世界正在經(jīng)歷一場前所未有的能源變革，這不是什么秘密。世界各地的主機廠必須拿出最最先進的技術(shù)來應對嚴苛的排放標準，以我國為例，要求在 2020 年新車的平均百公里油耗不超過 5L 。因此，逐漸換裝新能源成了擺在他們面前的最好選擇。

但結(jié)合目前的情況實事求是地說，由于各方面因素的局限，新能源汽車還沒到徹底取代燃油車的時候。同時，傳統(tǒng)汽車廠商們當然不愿意輕易放棄花費大量心血設計完成的燃油汽車。面對嚴格的限排政策，他們急需一個既不把燃油車推倒重來、又能有效降低油耗的好辦法，最終選中了48V輕度混合動力系統(tǒng)。

「圖」今年 4 月即將在國內(nèi)上市的奧迪 A8L ，搭載了 48V 輕混系統(tǒng)

一、什么是 48V 輕度混合動力系統(tǒng)？

48V 混合動力又被稱作 Mild Hybrid （輕混），雖然沒有明確的規(guī)范劃分，但在世界汽車行業(yè)中，絕大多數(shù)從業(yè)者習慣把豐田、福特、通用這類混合動力技術(shù)稱為“Strong Hybrid”（也就是我們通常廣義泛指的混合動力技術(shù)，以下簡稱廣義混合動力），像自動啟停這種僅需 12V 電壓就可以帶動的技術(shù)稱為“Micro Hybrid（微混）”。

48V 混合動力的基本原理與豐田福特等車企的廣義混合動力技術(shù)一樣，都是通過電動機與內(nèi)燃機并聯(lián)運行，以提供額外的驅(qū)動力，同時兼具動能回收功能。但不同的是，48V 混合動力相比廣義混合動力技術(shù)占地更小，重量更輕，成本更低，同時在部署的難度上也更加容易。而相比 12V 電壓的 Micro Hybrid ，48V混合動力技術(shù)則具有更好的節(jié)油效果和更強的功能性。

二、為什么普遍使用的是 48V 輕混？

細心的朋友會發(fā)現(xiàn)，如今市面上許多車型都采用 48V 輕混，仿佛達成了某種默契。要說引領(lǐng) 48V風潮的，其實是奔馳、寶馬、大眾、奧迪和保時捷這 5 家車企。早在 2011 年 6 月，他們就發(fā)表聲明，宣布將應用 48V 系統(tǒng)，不久后又發(fā)布 48V 系統(tǒng)標準，稱為 LV148 。

那么問題來了，為什么是 48V ，而不是其他數(shù)值的電壓呢？

針對這個問題，我們得先從一般車輛上的 12V 電壓說起。我們知道，功率=電壓×電流，如果要輸出輕混所需的 10kW~20KW功率，使用 12V 的話則電池的輸出電流需要達到 1000A，顯然行不通。于是，提高電壓就成了最可行的辦法。最終綜合成本和效果來權(quán)衡，選中了 48V 。

電壓增高，可以帶動更大功率的電器，如電子渦輪、主動懸架系統(tǒng)、電助力轉(zhuǎn)向，當然還有電動機，把普通燃油車變成輕度混合動力車。雖然只是輕混，從節(jié)油效果來看一點也不含糊，平時在燃油車里常見的 12V 自動啟停系統(tǒng)節(jié)油效果為 5%-6% ，而48V輕混系統(tǒng)是它的三倍，達到 14%-17% ，油電混合動力系統(tǒng)的家有效果通常在 17%-21% 。而在成本上，48V 輕混系統(tǒng)只有油電混合系統(tǒng)的 30% ，價格便宜量又足，形容 48V 為事半功倍都不夸張。

需要注意的是， 48V 輕混系統(tǒng)的電動機比混動系統(tǒng)的電動機小，不足以讓汽車在純電狀態(tài)下加速，仍需搭配發(fā)動機同時使用。

三、48V 輕混系統(tǒng)的電氣架構(gòu)

48V 輕混系統(tǒng)可以看成是 12V 啟停系統(tǒng)的升級版，增加了 48V 儲能電池、48V/12V 雙向 DCDC 變換器、48V BSG 輕混系統(tǒng)/ISG（汽車發(fā)動發(fā)電一體機）、電動增壓器（可選配置）、電池管理系統(tǒng)等。

然而針對于 48V 系統(tǒng)并不是完全 48V 化，為了提高系統(tǒng)兼容性，同時降低推廣難度，現(xiàn)在業(yè)界推出的主流方案都是 12V+48V ，比直接上 48V 更容易實現(xiàn)。即保留了原先的 12V 系統(tǒng)，在 12V 系統(tǒng)上擴展了相對應的對于負載大的用 48V 來驅(qū)動。

四、48V 輕混系統(tǒng)的工作原理

12V 系統(tǒng)升級到相對應的48V系統(tǒng)后，除了自動啟停功能之外，還具備了發(fā)動機停機滑行、滑行與制動能量回收、加速助力和電巡航功能等，升級方向是朝著優(yōu)化駕駛體驗和提高節(jié)能效率去的，附帶的，電壓增大，還可以為車輛內(nèi)部的電子設備提供更多的功率。

「圖」博世的 48V 輕混系統(tǒng)原理

在不同的工作模式下，48V 輕混系統(tǒng)會有不同的表現(xiàn)。

自動啟停：如等紅綠燈時，車輛靜止狀態(tài)下，發(fā)動機處于關(guān)閉狀態(tài)，48V 大容量電池利用存儲的能量維持車載電氣的正常運行，發(fā)動機可以隨時快速啟動。

能量回收：能量回收可以將動能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲到電池中。僅能量回收功能就可以降低大約 5%-7% 的油耗。

加速輔助：混動系統(tǒng)可以減小發(fā)動機的排量，在提速階段，電機的輔助動力能彌補發(fā)動機動力的不足，實現(xiàn)不損失動力的情況下降低排放。

「圖」各種工作狀態(tài)的節(jié)能效果

巡航：在車輛恒速運行，并且電池電量充足的情況下，關(guān)閉發(fā)動機噴油系統(tǒng)，依靠電機來維持車輛運行。電機提供的動力用來抵消行駛阻力以及發(fā)動機的拖拽阻力。BSG/ISG在高速巡航階段，電能充足的情況下，可以徹底分離且關(guān)閉發(fā)動機，僅靠電機保持車輛巡航。當再次踩下油門踏板，發(fā)動機會迅速啟動，平滑切入到當前車速。

滑行：在松開油門，車輛處于滑行階段，離合器分離發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的機械連接，徹底關(guān)閉發(fā)動機，實現(xiàn)更長的行駛距離。相當于傳統(tǒng)車輛空檔滑行，只不過傳統(tǒng)車輛在切換到空檔滑行之后，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在降到怠速時依然需要噴油來維持發(fā)動機的運行。

五、48V 輕混系統(tǒng)的優(yōu)、劣勢有哪些？

相對于 12V 電系統(tǒng)和廣義的混合動力系統(tǒng)，48V系統(tǒng)擁有比較明顯的優(yōu)勢：

更加安全：在我們從小學到的物理學知識中，一直都認為 36V 以下才是安全電壓。但在高電壓的電動汽車當中，這個安全值并不科學。一方面人體電阻的阻值存在很大的個體差異，胖瘦高矮男女老少阻值都不相同。另一方面人類所處的環(huán)境也會對人體阻值產(chǎn)生影響，潮濕的夏天人體阻值會變小，而在干燥的冬天阻值則會增大。根據(jù)多方面因素綜合考慮，目前國際上通常認為 60V 以下的直流電壓和 25V 以下的交流電壓屬于安全電壓。

成本低廉：48V 混合動力本身標稱電壓就在 60V 以下，即使算上由于 SOC 較高時導致的電壓波動，48V 混合動力系統(tǒng)的電壓峰值也不會超過 58V ，所以不需要采取額外的電壓防護措施（許多國家規(guī)定電壓超過 60V 需安裝防護措施），相對與上面所說的“ Strong Hybrid ”來說，成本更低。

通用性強：48V 系統(tǒng)可兼容更多不同的用電設備，比如如今車載領(lǐng)域越來越多的娛樂化大屏和復雜的汽車中控系統(tǒng)。同時，48V提供更大容量的蓄電池，可以將傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車上依靠發(fā)動機來負載的空調(diào)壓縮機、冷卻水泵等設備通過電池來負載，這樣做不僅能有效降低發(fā)動機的負荷，也可以在發(fā)動機關(guān)閉的情況下使用這些大功率設備。

節(jié)能減排：由于 BSG 技術(shù)和 ISG 技術(shù)的幫助，48V 混合動力系統(tǒng)可以進一步縮小發(fā)動機的體積，進而降低排放。同時，利用電動渦輪來替代機械渦輪，還能進一步提高發(fā)動機的效率。48V 混合動力系統(tǒng)可以實現(xiàn)滑行啟停、動能回收、輔助加速等功能，有效避免了燃油的不必要消耗。相比于廣義混合動力汽車，48V 混合動力系統(tǒng)僅需要 30% 的成本，可以達到 70% 左右的效果。從性價比方面來說相當劃算。

「圖」奧迪 A8L 搭載的 48V 輕混系統(tǒng)

同樣的，相比優(yōu)勢，它的劣勢也十分明顯：

1、48V 電壓相比 12V 電壓更容易產(chǎn)生電弧的問題，如果長期熱插拔可能會影響電子設備的壽命。

2、即便比混合動力系統(tǒng)的成本低了不少，但 48V 混合動力系統(tǒng)帶來的車載設備全面更新還是會影響最終車輛的終端售價。

六、為什么歐洲人選擇 48V 而美國人選 90V ？

其實綜合上文提到的 48V 的優(yōu)勢，不難看出節(jié)約成本是其最大的優(yōu)點。歐洲法規(guī)規(guī)定 60V 以上才是高壓，所以 48V 可以認為是低壓系統(tǒng)，不需要做高壓保護，從而省去很多成本。歐洲人一般精打細算，非常注重成本，特別是在 48V 系統(tǒng)應用比較成熟的情況下，本身就具備一定的成本優(yōu)勢。因此歐洲車企大都選擇 48V 就很容易理解了。

但要從用戶體驗上來看，48V 是不如 90V 的。首先是省油的幅度，根據(jù)通用內(nèi)部的對比試驗，90V 輕混系統(tǒng)能夠在 48V 的基礎上，再節(jié)約7%的油耗。具體到車型上，采用 90V 輕混系統(tǒng)的凱迪拉克 XT5 28E ，在不改變動力結(jié)構(gòu)的情況下，可以在啟停階段實現(xiàn)純電驅(qū)動，在加速階段與發(fā)動機同時工作，平順扭矩和提升加速，更能實現(xiàn)在平穩(wěn)駕駛的同時實現(xiàn)制動能量回收，從而實現(xiàn)了很高的效率。

「圖」凱迪拉克 XT5 28E 采用 90V 輕混系統(tǒng)

另外，使用 90V 輕混的車輛，NVH 也普遍優(yōu)于 48V 。通用的 90V 輕混系統(tǒng)采用了皮帶輪驅(qū)動發(fā)動機的方法，和經(jīng)典 48V 系統(tǒng)的 ISG 相比，多了皮帶的緩沖，加上電機功率增加，可以實現(xiàn)快速啟動，有效減小啟停時的振動噪聲。而電壓升高可以使電機高速提供更大的扭矩，這樣的話，可以提供高速時的助力，并對換檔提供更大幫助，增加換檔平順性。

而在制造成本上，通用的標準規(guī)定 36V 以上就是高壓，需要加裝防護措施，因此 48V 和 90V 的成本不存在太大差異，美國人當然選擇效果更顯著的 90V 。