一文了解48V电源架构

一文了解48V电源架构

随着汽车电动化和智能化的快速发展，48V电源系统作为一种介于传统12V系统和高压电动车系统之间的技术方案，近年来受到了越来越多的关注。本文将从历史发展、技术特点和未来趋势等多个维度，为您全面解析48V电源系统的技术优势和应用前景。

1. 之前的48V电源系统

当最近听到48V系统，我的第一反应还是之前混动车上的48V电源系统，即2010年，德国车企在燃油汽车上推的48V电源系统的弱混方案，对动机怠速启停技术进行升级和改造，采用48V电源系统提供更大的功率，提升发动机的性能和降低排放。该48V系统是作为12v系统的补充，通过DCDC转换器将其集成在原有12V系统上，避免了伤筋动骨的变更；同时，积累了48V/12V双总成的电压技术。如下所示：

Source: Base architecture – source: Delphi

48V弱混系统有几个优势：

• 由于电压低于60V，属于安全电压，不需要采取额外的电压防护，相对高压混动系统，成本更低；同时，相对于12V电源系统，相同功率下工作电流更低，相应地损耗也大大地降低。
• 可将传统发动机上的高负载附件电动化，比如空调压缩机、冷却水泵、真空泵等，降低发动机的负载，即使在发动机关闭的情况下，这些设备也能工作。
• 将车载电器工作电压提升到48V，一方面可以支持更大功率的车载设备，另一方面可以进一步降低损耗，同时可以降低线束外径。

source: Scalable platform concept for introducing 48-volt electrical systems – Audi

当然48V弱混系统有存在几个不足点，比如：

• 电压的升高，电磁兼容要求会更高，48V电压下会存在电弧风险隐患。
• 原来的12V车载设备迁移到48V需要重新开发以及测试，代价巨大并且周期长；比12V start-stop系统成本高，节能效果不如高压混动系统。

48V电源系统的弱混方案不是直接将系统标准电压直接提至48V，而是保留了原来的12V电源系统，增加了一套48V的弱混系统。

2. 特斯拉的48V电源系统

在上述的48V电源系统发展了十几年后，去年特斯拉Cybertruck采用全48V 电源系统，即Cybertruck上完全摒弃了12V电源系统，特斯拉需要把所有车上的用电设备都纳入到48V的工作范畴之中，这意味着所有车载电子设备都兼容48V电压，对车辆内部所有电子组件的定制设计，确保它们能够直接在48V电压下工作，从而避免了需要一个12V子系统来兼容旧有设备的问题。

Source: 48V区域架构：电动汽车的未来

特斯拉为什么要这么做呢？这是因为对特斯拉来说，12V电源系统承载能力达到极限，需要构建新电气平台，以支持更高的用电功率需求，比如：智能驾驶的感知系统、计算系统和执行系统，智能底盘的线控制动和线控转向，智能网联系统的大屏幕、音响和GPU。

Source: Why Tesla's move to 48-volt electrical architecture is an industry game changer

用这样的全48V 电源系统，与12V电源系统相比，同样的功率下，电压越高，电流就越小，需要的电线也更细，因而可减轻重量和节约成本。如下示例，相同输送距离输送同样的功率，12V比48V电源电线重量减轻85%。

Source: 48V 系统 - 告别 12V | Vicor | 汽车 (vicorpower.com)

另外，48V电源系统还可以显著降低电阻损耗，从而提升电动汽车的续航里程。

虽然48V电源系统使用的线束成本更低，也更容易安装，但是48V电源所使用的零部件还没普及，因而成本远高于12V电源系统，另外在复杂性和安全性方面也存在一些挑战，比如需要一些新的安全功能来防止触电等。

3. 从12V过渡到48V

我们都知道，现在家用车几乎都是12V电源系统，发动机运转时带动发电机给电池充电，并给其他电子设备供电，比如车灯、音响、空调、车窗升降、雨刷等。这套12V电源系统已经形成了很强的规模化，所以维修和更换部件相对较为简单和普遍，市场上易获得的配件和技术，对于传统家用车来说12V电压带动相关的设备也完全够用。而48V电源系统在某些电动汽车和混合动力汽车中应用比较广泛，相比12V电源系统，48V电源系统可以使电动机更高效地运行，也可以减少电流流动所需的导线尺寸和重量，从而降低整体重量和成本，并提高车辆的能效。

考虑到12V电源系统的主要限制是其功率输出相对较低。对于一些需要更大功率的设备，如高功率音响系统或大功率加热器，该系统无法满足需求。12V电源系统在传输电流时需要更多的电流，可能会导致能量损耗和线路过载。在这样的背景下，特斯拉第一个采用了全48V电源系统，目前这套系统成本很高，也存在一些应用的挑战，但总体趋势是向着48V发展。

source: 低压架构的未来（Cybertruck、Optimus 和未来的汽车 - 全部采用 48V）

不过一下子48V电源系统取代12V电源系统是不可能的，需要一个过渡的过程，目前业内有人给出了零部件系统电源替换的预测趋势如下：

source: 系统从过载的 12V 系统过渡到 48V

在预期的10到15年的48V电源系统过渡期间，许多车辆将继续使用现有的12V附件和子系统。这些附件和子系统工作良好，立即进行改造的成本太高，因此仍然继续使用传统的12V线束来实现。

过渡期间，供电架构将采用分布式架构，如下所示：

source: Solving automotive electrification challenges via a decentralized 48V power architecture

车辆的48V电源来自汽车的 400/800V 主电池，然后输送到48V负载，以及输送给48V/12V电源转换器转换后给12V负载，这样电池的48V输出被分配到车辆中的各种大功率负载，最大限度地提高低电流 （4x） 和低损耗 （16x） 的优势，从而实现更小的物理尺寸和更轻的重量。具体落地方案可以像如下示意：

通过使用这种分布式供电架构，采用分布式模块而不是大型集中式 DC-DC 转换器，N+1冗余也可以以更低的成本实现。如果负载功率，这种方法也有优点车辆开发阶段的变化。而不是完全从头开始实施更改定制电源，工程师可以添加或取消模块。另一个设计优势是由于该模块已获得批准和认证，因此缩短了开发时间。

以上就是基于现有网络信息对48V电源系统的简单梳理和汇总。

本文原文来自360doc.com