关于“48V轻混系统”,你知道多少?-焦点中国网

(图为中期改款的全新奔驰S级)

众所周知,奥迪新旗舰全新A8在今年发布,其动力系统的一大亮点就是采用了48V电气系统,取代传统的12V的电气系统。什么是电气系统,12V和48V又有什么区别?

早在汽车发明的时候,其实并不存在蓄电池,也没有电气系统,整体除了基本的传动装置以外没有特别的东西,非常简陋。1918年汽车首次引入了蓄电池,随着起动机的诞生,1920年蓄电池获得了广泛应用,当时蓄电池的电压等级是6V,并且正极接地。由于内燃机排量的增加以及高压缩比内燃机的出现,6V蓄电池已经不能满足功率需求,1950s电压等级开始向12V进化,一直到现在,12V电压系统已经统治了60多年。1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提议把标准电压提高至42V。由于当时的技术水平,以及电气零部件替换的高昂费用,汽车企业并没有积极推进实施,即使随着电气设备的增加,电池已经不能满足车身设备的功率需求的情况下,汽车企业采取了切断大功率负载的方法来降低电池的负荷。42V并没有得到推广,至今汽车依然是12V系统。

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(图为奔驰的第一辆量产车型Benz Patent-Motorwagen)

12V电压系统在引入启停机构之后,基本已经达到了功率输出极限,如果在12V电压下引入轻混系统,功率需求在10kW~15kW左右,这样的电压下电池的输出电流高达1000A,显然行不通。2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen联合推出48V系统,以满足日益增长的车载负载需求,更重要的是为了满足2020年严格的排放法规。并在随后发布了48V系统规范LV148。

至于为什么是48V而不是24V呢?很重要的原因是,60V是安全电压,也就是说只要低于60V的电压不需要采取额外的安全防护措施,48V电池的充电电压最高56V,已经很接近60V,即48V电池电压是安全电压下的最高电压等级了。

在当今节能减排的大背景下,很多汽车厂商都是从小排量或者混动开始做起,一起步就做纯电动的比如特斯拉少之又少。一方面由于生产的高成本,另一方面则是续航问题,短期内快速普及基本不可能。而排放法规方面,欧盟的标准最为严格。其规定到2020年百公里油耗要降至4L,每公里二氧化碳排放低至95g。显然单纯靠提高发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能完成的任务,汽车混动化,纯电动化是最佳技术路线了。48V轻混系统相比高压混动系统而言,成本更低,却可以达到高压混动系统(电池电压>100V)大部分节能效果,按照德尔福的测算,48V轻混系统是高压轻混系统成本的30%,能达到高压轻混系统70%的节能效果。

而关于48V的优点主要有以下几个方面:

1. 低于60V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;

2. 相对于12V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12V系统的1/16;

3. 由于BSG/ISG的电功率辅助,可以进一步缩小发动机的体积,进而降低排放;

4. 可以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;

5. 将车载电器工作电压提升到48V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径;

6. 可以支持更大功率的车载设备。

7. 可以涡轮电动化,进一步提高发动机的效率,并且不会有涡轮增压器延迟现象;

8. BSG/ISG点火时间更短,更低噪音和更小震动。

9. 48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator,无需大幅更改设计即可配套。

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(图为中期改款S级内饰图)

当然缺点也是显而易见的:除了需要定期保养外,开发替换12V的电气系统本身也是一件巨大的工程,汽车是整体性很强的产品,可以说如果想要替换或者升级动力系统除了前期的实验和调研外,对测试以及生产方面也面临着挑战,尤其是对于大众、戴姆勒这样的大厂而言,可谓是牵一发而动全身。

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(图为奔驰中期改款S级的一体式电机)

需要注意的是48V轻混系统并不是简单的将12V的电压提升到48V,而是做加法,保留原来的12V电压,增加一套48V轻混系统作为辅助。对于用户切身的影响就是启停系统更加流畅,小噪音少震动;支持更大功率的汽车外接设备;巡航的时候能够用到电力巡航,节省油耗;以及由电机补充瞬时扭矩,让汽车加速或者起步更为平顺。

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(图为中期改款的全新的S级内视图)

回到中期改款的搭载了48V轻混的奔驰S级来说,通过48V轻混系统,你能够在夏天即使发动机熄灭的情况下仍然可以启动压缩机开启空调保持车内合适的温度;无论是起步还是急加速,通过48V轻混系统驱动的电机能够更加平顺以及高效的输出动力,并且能在制动的时候进行动能回收,为电池充电。最重要的一点是,可搭载功率更大的电子涡轮:48V电气系统的电子涡轮最高转速可达到72000rpm,工作额定功率5kW。因而奔驰S级搭载博格华纳所提供的电子涡轮。电子涡轮最大优点是可弥补废气涡轮的迟滞,让发动机低扭更加充沛,增强了发动机动力响应性以及动力输出。同时由于发动机缩短高转运行时间,进一步可降低油耗。

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(图为奔驰S级的ECO模式)

由于环保法规以及电动车的盛行,汽油车这个发展的近百年的产物竟受到了质疑,或许电动车是汽车的终极形态。但也不能否认内燃机为我们带来的贡献,如今有了48V的电气系统的加持,更低的排放,更好的动力以及更棒的舒适性,让我们有理由相信,内燃机也能够适应时代的发展,无须过快进入全面新能源时代,毕竟引擎的轰鸣声能够给我们带来电动车所没有的快感。面对这一趋势,我相信各大汽车厂商已经做好了技术储备,随时“放大招”。