内容摘要:汽车48V系统出现的背景及原因,并阐述了48V系统的架构及优点,48V系统节能的分析、挑战及影响,最后对厂家的情况进行了分析对比。
关键字:汽车、48V系统、48V系统架构。
1、应运而生的48V系统
到了1988年,SAE(Society of Automotive Engineers)提议把标准电压提高至42V,但是由于种种限制,响应者寥寥。后来,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。
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。
为什么是48V呢?因为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。
2、48V架构
标准48V系统由三大件组成:电机、锂离子电池组以及DC-DC转换器。
在混合动力汽车上搭载48V系统,通过两个DC/DC转换器,形成12V-48V-HEV 电气系统架构;普通混合动力汽车的电气架构是12V-HEV模式,通过DC/DC转换器直接联通12V系统和HEV高压系统。
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。
48V轻混系统的优点:
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;
金宝车展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。江铃全顺汽车
石家庄高速路况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。
随着技术的进步,厂商开始将12/48V双电压系统进化到48V单电压系统。
3、48V为什么会节能
48V系统可以为更多先进节能技术提供集成平台的基础,从而达到节能效果。而48V承载功率提升到15kw左右,可提供更多减排技术的集成。
华晨金杯汽车在目前的12V系统下,启停技术的应用已经达到极限(功率为3kw),无法集成其
他高功率消耗的节能技术。而在48V系统下,随着各种先进节能技术的应用,可达到10%-15%的节油效果。
由于48V系统通电电流位12V系统的1/4,所以等功率下的功率损失较12V系统减少也非常可观,功率损失是12V系统的1/16。更低的功率损失,电气系统的总体效率大大提升,解除了功率限制,可以对车用电器进行更精细的控制,提升其性能。
另一方面,48V系统可以提供诸如能量回收系统、自动启停系统等更多的功能集成,
比亚迪回应长沙工厂排队辞职满足人们越来越高的需求。同时,锂电池充放电性能更佳,启停系统的应用效果更好。
另一方面,更低的电流意味着可以应用更细的导线,对整车的轻量化设计促进效果明显。
4、系统设计挑战
4.1 安全电压控制
由奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众物价德国厂商与2011年制定的LV148标准中,电子元件正常工作电压为36V-52V,高于60V的电压被严格禁止,为了达到这一限值标准,设定了54V和52V电压限制,以留出电压波动区域。
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