大家應(yīng)該都聽說過”48V系統(tǒng)”這個名詞,目前汽車使用的12V電氣系統(tǒng)已經(jīng)使用超過60年,曾經(jīng)在1988年SAE建議將電壓調(diào)整到42V,但是由于當時的技術(shù)水平,研發(fā)成本等原因,汽車企業(yè)并沒有積極推進,至今依然是12V電壓。48V系統(tǒng)又分為48V電氣系統(tǒng)和48V輕混系統(tǒng)。
目前大多數(shù)汽車都會搭載啟停系統(tǒng)來降低油耗,但是啟停系統(tǒng)所需的功率相對大,因為P=U*I,在12V電壓不變的情況下,想要得到啟停系統(tǒng)需要的功率,就必須加大電流,主流的發(fā)動機起動機的功率在600W到2000W之間,簡單經(jīng)過數(shù)學(xué)運算,電流會在50A到167A之間。如此大的電流,對于電路系統(tǒng)的負擔(dān)很大。
在2011年,奧迪,寶馬,戴姆勒,保時捷,大眾聯(lián)合推出48V系統(tǒng),來滿足日益增長的汽車電器負載要求,更重要的是為了滿足排放法規(guī)。至于為什么選擇48V系統(tǒng)?60V是人體安全電壓,48V電池的充電電壓最高為56V,接近60V,所以48V電池眼壓是安全電壓下最高電壓等級,而且科技總是以指數(shù)形式增長,使用相對高壓為后來的技術(shù)鋪墊好平臺。
從表看出,想要達到4.0L每百公里油耗,單純提高內(nèi)燃機效率的做法顯然不現(xiàn)實,汽車混動化,電動化是最好的出路。純電動化汽車雖然是國際趨勢,但是由于成本高和配套設(shè)施,續(xù)航的問題,短期內(nèi)無法大量普及,但是48V混動系統(tǒng)相比高壓混動系統(tǒng)來說,成本低,達到70%的節(jié)能效果。
48V輕混系統(tǒng)可以看成12V啟停系統(tǒng)的升級版,增加了48V電壓電池,48V12V雙向DC/DC,48VBSG((belt-driven starter generator)/ISG((intergrated starter generator),電動增壓器,電池管理系統(tǒng)。
根據(jù)BSG的設(shè)置位置有P0和P2兩種設(shè)計。
第一種BSG放置發(fā)動機前側(cè),這種結(jié)構(gòu)對于BSG的布置簡單,對整車改動小,并且可以替換原車的發(fā)電機。但是由于BSG和發(fā)動機無法分開,所以在滑行時,發(fā)動機的拖拽減少了可回收的能量,NEDC工況下,可以減少13%的CO2排放。
第二種BSG/ISG放在發(fā)動機和變速箱之間,在能量回收階段能斷開發(fā)動機,降低25%左右的CO2排放,通過離合可以實現(xiàn)純電驅(qū)動,BSG可以進一步升級為ISG,去掉皮帶,集成度更高,效率更高。
例如奔馳的48V系統(tǒng)由博格華納提供,由無皮帶驅(qū)動的ISG一體式發(fā)電機/電機、一個容量為1kWh的48V鋰離子電池以及交/直流轉(zhuǎn)換器組成,ISG代替了傳統(tǒng)的起動機,既可以驅(qū)動車輛,又可以回收動能。很多人上車之后,第一時間就把啟停系統(tǒng)關(guān)閉,難以接受啟停系統(tǒng)帶來的噪音和震動,而使用ISG之后,啟停系統(tǒng)更加平順,而且噪音更少。
使用48V系統(tǒng)后,傳統(tǒng)使用皮帶驅(qū)動的空調(diào)壓縮機,油泵,水泵等均可使用電力驅(qū)動,減少皮帶傳動而產(chǎn)生的損耗,既增加了功率輸出,又降低了能耗水平,可謂一石二鳥。其次,電壓的提升可使車輛用電器的功率增加,例如空調(diào)壓縮機功率增大,制冷效果加強,座椅加熱也比以前更快到達溫度,在舒適性方面也是一種提升。當電池電量充足時,ISG會斷開發(fā)動機連接,并熄滅發(fā)動機,大大提升燃油經(jīng)濟性。
另外,48V系統(tǒng)可以搭載大功率的電子渦輪,最高轉(zhuǎn)速科大72000rpm,而定功率為5kw,可以最大程度彌補廢氣渦輪的遲滯現(xiàn)象,提高低轉(zhuǎn)速區(qū)域的響應(yīng)性。還有一點就是輕量化,48V系統(tǒng)減少個部件的驅(qū)動皮帶,改用電力驅(qū)動,簡化設(shè)計的同時減少體積和重量,提升燃油經(jīng)濟性。
關(guān)于自主品牌的前景,由于自主品牌的研發(fā)能力相對薄弱,博世為它們提供整套的解決方案,BRS系統(tǒng)(Boost Recuperation System),并計劃2017年量產(chǎn),自主品牌可以依靠博世來推廣48V系統(tǒng)的車型。
大陸(Continental)&舍弗勒(Shaeffler)
大陸和舍弗勒共同研發(fā)的GTC II基于P2架構(gòu),將BSG設(shè)置在發(fā)動機和變速箱之間,采用電機獨立驅(qū)動,在滑行和下坡路段可以關(guān)閉發(fā)動機,減少發(fā)動機的阻力,滑行更遠的距離以及節(jié)省更多的燃油。
關(guān)于電池,48V系統(tǒng)使用鋰電池為儲存能量的手段,江森自控、日立、SAFT、A123均推出48V系統(tǒng)專用電池。
48V系統(tǒng)對于豪華轎車和運動型車的作用不同,對于豪華轎車48V系統(tǒng)最主要的作用在于保持行駛的順滑感受為前提再節(jié)省一點燃油,而運動型轎車則是使用48V系統(tǒng)用于性能方面,例如在加速時用電機輔助,使得成績好上那么一點。對于48V系統(tǒng)的用處,不同品牌對此有不同的理解和設(shè)定。
總結(jié)
除了歐洲車企積極推動48V系統(tǒng)普及以外,福特、通用、現(xiàn)代等車廠都看到了48V系統(tǒng)的未來,表示將會開發(fā)48V車型;國內(nèi)的吉利、一汽、比亞迪、長城也確認要引入48V系統(tǒng),歐洲車企對48V系統(tǒng)寄予厚望,如果歐洲推行順利,中國市場應(yīng)該會緊隨其后。48V輕混是成本、技術(shù)、符合法規(guī)的這種辦法,雖然燃油經(jīng)濟性比不上高壓混動系統(tǒng),但是可以給不少廠商過渡的時間向新能源方向轉(zhuǎn)移