除了自動駕駛和電動汽車,今年汽車領(lǐng)域最熱的話題莫過于 48V 電源系統(tǒng),這是一種低成本節(jié)油技術(shù)方案,該系統(tǒng)用能量小于一度電的 48V 鋰離子電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 12V 鉛酸電池,用 BSG 電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動電機和發(fā)電機,并增加了 48V/12V 雙向 DC-DC、電池管理系統(tǒng)等裝置。過去 60 年,全球的汽車都一直采用的 12V 的電源系統(tǒng),穩(wěn)定性和安全性基本不用質(zhì)疑,是什么原因讓汽車電源系統(tǒng)從 12V 向 48V 過渡?我想應(yīng)該從兩點談起:
第一,汽車功能不斷增加,除了基本的空調(diào)、風(fēng)扇、雨刷、車燈,現(xiàn)在又增加了諸多娛樂信息系統(tǒng),未來會進一步向智能化發(fā)展,12V 電源系統(tǒng)難以承載不斷加大的引擎負擔(dān)。
第二,環(huán)保法規(guī)變嚴(yán)。歐盟規(guī)定,到 2020 年油耗降至 4L/100km,二氧化碳排放低至 95g/km。滿足這一標(biāo)準(zhǔn)顯然單純靠提高發(fā)動機的燃油效率基本無法完成,汽車混動化、純電動化被看成最佳技術(shù)路線。
因此,在 2011 年,奧迪、寶馬、戴姆勒,、Porsche, Volkswagen 聯(lián)合推出 48V 系統(tǒng),以滿足日益增長的車載負載需求,更重要的是為了滿足 2020 年嚴(yán)格的排放法規(guī),隨后又發(fā)布了 48V 系統(tǒng)規(guī)范 LV148。
鑒于從 12V 到 48V 電源系統(tǒng)改進仍然需要整車廠及方案商進行多方面協(xié)調(diào),有的廠商采用了 12V/48V 雙電源系統(tǒng),其中 12V 電源對負載電流小的系統(tǒng)供電,比如音響、儀表、雨刷等,48V 電源對負載電流比較大的設(shè)備供電,如:空調(diào)、車燈、風(fēng)扇等電氣系統(tǒng)。
48V 電源系統(tǒng)的優(yōu)缺點
48V 電源系統(tǒng)可謂優(yōu)缺點兼而有之。優(yōu)點是,降低二氧化碳的排放量,提高燃油效率,適應(yīng)未來的政策法規(guī),車廠可以在提高 30%花費的情況下,達到 50%到 70%的提升,可以節(jié)約 15%燃料;提高駕駛動力,提升駕駛舒適度;與高壓系統(tǒng)相比,降低了匹配難度,降低了重量和成本;提高功率負載,提高汽車主動和被動安全,為輔助駕駛、長距短距雷達、超聲感應(yīng)相機系統(tǒng)提供電源支持。
缺點是,隨著電壓升高,電子兼容要求隨之升高;48V 電壓存在電弧隱患,需提前預(yù)防處理;從 12V 遷移到 48V 需要重新開發(fā)和測試,周期長風(fēng)險高;48V 比 12V 啟停成本高,節(jié)能效果不如高壓混動系統(tǒng)。
元器件廠商和整車廠商都在行動
汽車市場是一個市場占有率很大且增長飛快的市場,48V 電源系統(tǒng)包括電池、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、保險絲和電池控制器,如果大范圍應(yīng)用必將帶動汽車電子元器件銷量的增長,因此元器件供應(yīng)商也看到這樣的契機,紛紛發(fā)力。
羅姆推出了采用 Nano Pulse Control 的電源 IC“BD9V100MUF-C”,開關(guān)導(dǎo)通時間 9ns,只需要一顆芯片就可以實現(xiàn)從 60V 到 2.5V 范圍內(nèi)的降壓,降壓比例高達 24:1;安森美半導(dǎo)體的產(chǎn)品能協(xié)助推動 48V 汽車系統(tǒng)的進程,解決方案包括 40V-150V 中間電壓范圍的 MOSFET 器件,提供各種汽車級功率模塊,包括電流傳感、溫度傳感、電磁兼容性 (EMC) 濾波和其他汽車特定功能;ADI 設(shè)計和開發(fā)了 LTC3871,這是一款雙向 DC/DC 控制器,升壓轉(zhuǎn)換時使用的外部電源組件與降壓時相同。
從整車廠的動作來看,奧迪 A8 上已經(jīng)采用 48V 輕度混合動力系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置,今年戴姆勒 S 級的車型決定搭載博士的 48V 驅(qū)動。另外,在雷諾風(fēng)景和奧迪 SQ7 中都采用了 48V 電源結(jié)構(gòu)。雖然目前市面上搭載 12V 電源系統(tǒng)的汽車占 80%左右,而搭載 48V 電源系統(tǒng)的汽車只占 20%左右,但是,業(yè)界預(yù)計 2019~2020 年,48V 輕混系統(tǒng)將迎來市場爆發(fā)期。IHS 的報告甚至顯示,到 2025 年,48V 的系統(tǒng)的市場容量會提高九倍,屆時大概有 1400 萬輛汽車引入了這個系統(tǒng)。
這對于消費者來說是好事,48V 電源系統(tǒng)不僅帶來了更好的燃油效率,同時還提升了性能,帶來了更好的駕駛體驗,最直接的優(yōu)勢就是成本降低。
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