深度剖析汽车48V系统：技术原理与未来展望

深度剖析汽车48V系统：技术原理与未来展望

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随着汽车工业的发展，传统的12V电压系统已经无法满足日益增长的车载负载需求。2011年，奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众联合推出了48V系统，以应对更严格的排放法规和提升车辆性能。本文将深入解析48V车载电气系统以及48V轻混系统的技术原理、系统架构、工作模式及其未来发展前景。

48V系统的提出背景

1886年，卡尔·本茨发明了第一辆内燃机汽车，当时车上并没有蓄电池和电气设备。直到1918年，汽车才首次引入了蓄电池，随后在1920年得到广泛应用，当时的电压等级为6V。随着内燃机排量的增加和高压缩比内燃机的出现，6V蓄电池已无法满足功率需求，因此在1950年代电压等级升级至12V，并一直沿用至今。

然而，随着汽车电气化程度的提高，12V电压系统在引入启停机构后已达到功率输出极限。如果要在12V电压下引入轻混系统，所需的输出电流将高达1000A，显然不可行。因此，2011年，奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众联合推出了48V系统，以满足日益增长的车载负载需求，并应对2020年严格的排放法规。随后，他们发布了48V系统规范LV148。

为什么选择48V？

1. 技术进步的指数形式增长：技术发展通常遵循指数增长规律，48V是当前技术条件下可行的电压等级。
2. 安全电压考虑：60V是安全电压，48V电池的充电电压最高可达56V，接近安全电压上限，因此不需要额外的安全防护措施。

各国排放目标

在排放法规中，欧盟的要求最为严格，到2020年要求百公里油耗降至4L，每公里二氧化碳排放低至95g。单纯依靠提高发动机燃油效率已难以达到这一目标，因此汽车混动化和纯电动化成为最佳技术路线。

48V轻混系统的优点

1. 低于60V安全电压：不需要额外的电压防护，成本更低。
2. 功率损耗更低：相同功率下工作电流只有12V系统的1/4，损耗降低至1/16。
3. 发动机优化：BSG/ISG的电功率辅助可以缩小发动机体积，降低排放。
4. 设备电动化：可以将空调压缩机、冷却水泵等高负载附件电动化，降低发动机负载。
5. 线束优化：提升车载电器工作电压至48V，降低线束外径。
6. 支持大功率设备：可以支持更大功率的车载设备。
7. 涡轮电动化：提高发动机效率，消除涡轮迟滞现象。
8. 启动性能：BSG/ISG点火时间更短，噪音和震动更小。
9. 兼容性：48V Belt Starter Generator (BSG) 可以轻松替代原有的12V BSG，无需大幅更改设计。

48V轻混系统的缺点

1. 电磁兼容要求更高：电压升高带来电磁兼容性挑战。
2. 电弧隐患：48V电压下存在电弧风险，需要特殊处理。
3. 迁移成本：将12V设备迁移到48V系统需要重新开发和测试，成本高昂且周期长。
4. 成本与效果：相比12V启停系统成本更高，节能效果不如高压混动系统。

48V系统技术方案

48V轻混系统并不是直接将系统标准电压提升至48V，而是保留了原有的12V电气系统，增加了一套48V轻混系统。这种双电压系统架构既保留了现有12V系统的兼容性，又增加了48V系统的高性能特性。

48V轻混系统的基本构架包括48V储能电池、48V/12V双向DCDC转换器、48V BSG/ISG、电动增压器（可选）、电池管理系统等。根据BSG的位置不同，可以分为P0和P2两种架构：

• P0架构：BSG位于发动机前侧，对整车改动最小，但能量回收效率较低，NEDC工况下可减少13%的二氧化碳排放。
• P2架构：BSG/ISG位于发动机与变速箱之间，能量回收效率更高，可降低25%的二氧化碳排放，并能实现纯电驱动。

48V轻混系统工作模式

48V轻混系统具有多种工作模式，包括自动启停、能量回收、动力辅助、航行模式和滑行模式等。

• 自动启停：车辆静止时关闭发动机，利用48V电池维持车载电气运行。
• 能量回收：将动能转化为电能存储，仅此功能就能降低7%的油耗。
• 动力辅助：电机辅助发动机，减小发动机排量同时保持动力输出。
• 航行模式：在恒速行驶且电池充足时关闭发动机喷油系统。
• 滑行模式：松开油门时分离发动机与传动系统，实现更长滑行距离。

48V系统核心零部件供应商

多家国际知名供应商为48V系统提供了完整的解决方案：

博世（Bosch）

博世推出了Boost Recuperation System (BRS) 整套解决方案，并计划于2017年量产。其BSG方案具有以下特点：

• 风冷爪极电机，集成驱动器和风扇
• 最高效率达88%
• 启动转矩最大56Nm
• 能量回收输出功率最大11.5kW
• 电动模式机械功率输出最大9.7kW
• 重量约8.5kg
• 尺寸为148 x 169mm
• 48V/12V双向多相buck-boost DC/DC转换器
• 最高效率≥96%
• 额定电压48/12V
• 额定电压下连续输出功率3kW
• 重量2.7kg
• 尺寸220 x 183 x 75mm

大陆（Continental）& 舍弗勒（Schaeffler）

大陆和舍弗勒合作开发了Gasoline Technology Car (GTC) 系统，目前已发展到第二代。GTC I采用P0构架，可降低13%的二氧化碳排放；GTC II采用P2构架，可降低25%的油耗。

德尔福（Delphi）

德尔福推出了基于P0构架的48V BSG系统，并在本田Civic 1.6L柴油车上进行了验证，降低二氧化碳排放超过10%。计划于2017年量产。

法雷奥（Valeo）

法雷奥为48V轻混系统提供了核心零部件，包括48V电动增压器、BSG、离合器、DCDC。

AVL

AVL提供48V系统解决方案，包括系统集成、标定、控制策略和样车试制服务。

48V系统电池

48V轻混系统主要采用锂电池作为储能电池，但也有研究机构推动高功率密度铅酸电池的应用。铅酸电池成本更低，且废旧电池可100%回收。在-30度环境下也能正常工作，不需要主动散热，并且不需要昂贵的电池管理系统。

48V轻混系统未来展望

全球主要汽车制造商都在积极布局48V系统。福特、现代、起亚已表示将开发48V车型，通用汽车也表示将在适当时候引入48V系统。在国内市场，吉利、一汽、比亚迪、长城等车企已确认将引入48V系统。

根据IHS预测，2025年48V系统装车量将达到1100万辆，48V轻混和高压混动将平分市场。这一预测基于排放法规的推动和48V系统的成本优势。