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1.车上有不同的电压系统。12V电池最常见,正在引进48V。200V以上是可以驱动车轮的高压系统。
2、48V混淆也被认为是混淆,不要以村长为干部。这玩具省油又便宜。从电车生命周期计算,很有价值。
3、48V系统长度如下:
4,豪华品牌最喜欢48V。12V因为电力不足,德系、美系是先锋,中国品牌在追,日系在比较佛。
5、12V电池还是要花钱买的。
典型车辆电压系统
早期内燃机汽车产品没有电气系统,开始用手柄解决(现在的耕耘机“钥匙”),喇叭用铃铛解决,大灯由内燃机直接供电。
1918年,AMC的前身哈德逊汽车公司(Hudson Motor Car Company)将6V电压导入量产车组装序列,逐步触发了车电灯和车辆起动机的组装。
哈德森派顿1917
经过30多年的发展,6V电压系统被击败了。从笔者的历史观来看,征服它的人是美国人。
美国在第二次世界大战中获胜,积累了巨大的社会财富,美国奢华卡成为20世纪50年代最好的民用工业产品,动辄6-8L排放量的美式V8发动机使6V电压系统腰腿痛。当然,世界上没有6V电压系统不能做的事。如果有,连接两个6V。这就是我们今天使用的12V铅酸电池的由来。
2010年发布的保时捷911 GT3 RS正式表示,可选配锂离子电池,可减轻10公斤重量。但是,锂离子电池不适合充当铅酸电池的低压低电压低电压放电作用,因此这一配置也没有持续下去。
部分重型车辆使用两套相连的24V电压系统为电气系统供电,或以24V串联连接,然后以更大的能量组合并行运行。
1988年,美国奢侈品牌无法忍受车内电力激增后的电力短缺问题。例如,凯迪拉克当时世界上第一个安装卫星导航系统的美国汽车工程师学会(SAE,Society ofAutomotive Engineers)曾提到轿车的标准电气电压为42V,但最终没能推进。
豪华品牌们的高低压系统已经很久了。使用AGM电池(Abs)也能看到常见的引擎启动停止系统
orbent Glass Mat Battery)也已达7kW左右的功率极限,电路的鲁棒性跟印度电网差不多……
一直到2011年,德国豪华品牌们也扛不住弱鸡的12V电压系统了,开始组团提倡使用48V电压系统,并推出了一个新的行业标准LV148。
48V电压系统有了4倍电压,电池包的能量进一步提升,可以经受更长时间的内燃机停机,还能通过BSG/ISG电机进行能量回收,协助车企们应付欧盟2020年的95g/km排放法规压力。
车用电压系统 典型产品线 | |||||
电压 | 能量 | 输出功率 | 配方 | 用途 | 应用场景 |
12V | ≈0.6kWh | ≈5kW | 铅酸 | 小功率供电 | 业界通用 |
24V | ≈1.2kWh | ≈10kW | 铅酸 | 中等功率供电 | 房车/重型车 |
36V | ≈1.2kWh | ≈15kW | 锂离子 | 大功率供电 | 基本停用 |
42V | ≈1.5kWh | ≈20kW | 锂离子 | 大功率供电 | 基本停用 |
48V | ≈1.5kWh | ≈20kW | 锂离子 | MHEV轻混系统 | 业界通用 |
90V | ≈0.5kWh | ≈10kW | 锂离子 | MHEV轻混系统 | 通用集团 |
≈200V | ≈1.3kWh | ≈100kW | 镍氢 | HEV重混系统 | HEV |
≈250V | ≈1.6kWh | ≈100kW | 镍氢 | FCV氢燃料 | 丰田FCV |
≈350V | ≈20kWh | ≈200kW | 锂离子 | PHEV插混系统 | PHEV |
≈380V | 40-150kWh | ≈300kW | 锂离子 | BEV纯电系统 | BEV |
≈800V | ≈100kWh | ≈500kW | 锂离子 | 保时捷800V | BEV |
低于60V的,我们都叫低压系统,不会对人体造成过大的伤害。
到了200V甚至更高,这些高压电池可以单独驱动车轮,因此我们称之为“动力电池”。
比较著名的千万辆级HEV非插电式混合动力技术丰田THS,用的就是大约200V的高压电池包,不自燃、能量密度低、比较重、循环寿命超长的镍氢配方。
大约250V的动力电池来自丰田引以为豪的Mirai氢燃料电池车,用来储存氢燃料电池系统生产出来但还没来得及用完的电,以及能量回收系统刚刚收回来的残余电能。
从300V往上都是可插电的动力电池产品,目前电压最高的乘用车电池产品是保时捷的800V系统,是当前主流400V(附近)系统的两倍电压。这组电压范围为610-835V的电压系统源自保时捷919 Hybrid混动赛车。
800V电压系统可以更高速地“获得电能”与“释放电能”,原理跟“文章临近Deadline时工作压力大增所以写得特别快”差不多。
通过增加电压,电缆损耗降低,电缆负载可以增加,这条定律也可以用来解释12V到48V的进化之路。
48V轻混车算不上混动?
这么小的电池和电机,怎么可以算是混动呢?
这是笔者一直在思考的问题,但最近两年终于理清思路了——我只要把所有混动系统(Hybrid Vehicle Drivetrain)看作内燃机(ICE,Internal Combustion Engine)的节能技术,就能把当前绝大多数的“油-电”混合技术融入同一个知识体系内。
换句人话:48V轻混,就是混动车之一。
混动系统对比 | |||||
学名 | 别称/ | 自启停 | 制动回收 | 独立驱动 | 可充电 |
Micro Hybrid | 自启停系统 | √ | × | × | × |
Mild Hybrid | 48V轻混 | √ | √ | × | × |
Full Hybrid | HEV非插混 | √ | √ | √ | × |
Plug-in Hybrid | PHEV插混 | √ | √ | √ | √ |
加深理解一下:
Micro Hybrid 微混 = 自启停系统 = 能让ICE歇10秒的12V混动系统
Mild Hybrid 轻混 = MHEV = 48V BSG/ISG电机 = 能让ICE歇3分钟的48V混动系统
Medium Hybrid 中混(不在表格内) = 我同事自己定义的 = Creep 电驱蠕行 = 能让ICE歇100米的高压中混 = 斯巴鲁13PS混动
Full Hybrid 强混 = 双擎那种HEV = 能让ICE歇3公里的高压强混
Plug-in Hybrid 插混 = 唐DM那种PHEV = 能让ICE歇50公里以上的、可充电的高压强混
典型的PHEV高压电池结构
听笔者念完上面这几串,大家应该基本理解目前最主要的四种混动形式了。其中微混是每台自启停汽柴油车都有的,轻混是现在市场热推的48V车型,强混是双擎那种超省油但不插电的混动车(鸡肋到炸的动力居然叫“强”混),插混就是能补电、能享受国家补贴的。
为何车企如此热衷48V电压系统?
先不聊学术的事,我就问大家一个问题:有什么商品是人见人爱、车见车载的?
好东西 = 便宜 + 好用
害,就是这么简单。因为48V系统是最高压的低压系统(混动节能效率最高),又不需要高压系统(HEV/PHEV/REEV/FCV/BEV)的繁琐电控/绝缘/热管理,这分明就是鸡头凤尾中的优质鸡头,
再聊深度一点,就有以下这么多点:
1
政策驱动
《中华人民共和国节约能源法》《中国制造2025》《汽车产业中长期发展规划》一直在强力推动车企进行ICE系统的节能化改造,唯一可能的方向就是部分电气化(从微混到插混)。
大家是不是习惯了一上车就关掉发动机自启停系统(Micro Hybrid)?因为这默认开启的讨厌玩意根本省不了几秒的油,振动还贼大,大夏天的没经同意就给你停了空调压缩机,完全就是车企为了应付油耗测试弄出来的。如果要评选“实际上最垃圾的汽车配置”,自启停系统认第二,没技术能认第一。
我国乘用车新车的2025 年目标有多苛刻呢?下降至 4 .0L/100km,对应二氧化碳排放约为 95 g/km。
单凭48V轻混动肯定打不到,但2025还远着呢,作为过渡的低耗减排技术,绝对是当前最明智之选。
2
成本驱动
可变截面涡轮很好,我知道。
可变压缩比很好,我也知道。
HEV强混系统更好,我更知道。
多少钱给装一个啊?这个问题太刻薄了,无法回答。如果我们仅仅需要优化5%左右的驾驶循环油耗,那么48V电压系统下的BSG/ISG才是最高性价比的选择。当然,理论上可以优化12%左右,只是当前实测数据并不支持这个假设(我是不是太客观太老实了)。
一套48V系统,成本仅需大约600元人民币就能完成大约1%的油耗优化,稳赚的生意谁不做?
3
技术成熟
48V电压系统广泛推行的另一个重要原因是产业跟上了,BSG与ISG电机越来越便宜,电池技术也得到了一定突破。
锂离子电池在PHEV和BEV的井喷式发展大潮中得到了技术革新,现在用在48V系统中的1.5kWh低压电池包在外尺寸、整备质量、充放电速度、成本控制、安全性上都有了很大的改进。
4
设计驱动
低功率负载归12V系统,高功率负载归48V系统,12V扛不住的负载就别硬上,勉强没幸福。
以下负载,交给48V电压系统之后大有前途:
a、BSG/ISG电机:更大功率的启停一体式电机,还能进行动能回收,ISG甚至可以给到扭矩辅助(虽然很少)。
b、电子增压器:增压器电气化之后,涡轮迟滞就没有了,什么转速下都能给让涡轮有正压,动力输出的突兀自然少了很多。
c、空调压缩机与PTC加热电器:食量变态的耗电角色,功率分别都在4kW左右,挂到1.5kWh锂电池上之后,就不用烦恼每次自启停就停止制冷(12V电压系统根本扛不住)。
d、空气悬架:空气悬架(弹簧)里头有空气压缩机,用上更大功率的48V系统之后可以确保空气悬架反应更快。
e、转向助力系统:果断投向48V。
f、后轮转向技术:后轮电机给到48V系统服务,响应速度也更快。
g、泵:油泵水泵各种泵,交给大功率的48V系统吧。
h、智能车机系统:下图自己感受,L2+的200TOPS算力要耗掉45W(笔记本充电功率),L5的2000TOPS就是800W,请问12V系统一共才多少kW?
低功率负载还是可以交给12V电压系统的,比如照明系统(LED化之后很节能)、信号系统、蜂鸣器、仪表盘、电窗门锁以及发动机喷油点火系统等等。
5
用户需求驱动
用户买车就是图个性价比,48V轻混动车子没升价/只升一点点钱,可以换来挺多的:
a、自启停系统的平顺性大幅度增加。
b、能量回收过程中的心理愉悦。(因此车企喜欢把能量流显示在仪表盘/中控屏上)
c、能量回收反拖可以省刹车片,且因反拖力度不大,不会恶心到驾乘人员。
d、真的能省0.3-0.8L/100km的油,省钱了就是好事。
e、车辆可以配置更多大功率负载,豪华、智能得以实现。
f、有些BSG电机可以在换挡期间调整ICE的转速以消除自研自产自销的垃圾双离合变速箱之顿挫,具体是哪个聪明品牌我就不点名了。
6
宣传驱动
除了以上6个小点的用户得益,开节能汽车如今也成为了一种政治正确,车企当然也想通过相关的宣传来展现用户群体“拥有精英人群的社会责任感”。
48V电压系统如何协助节油?
进入本文最重要环节,但这节的内容非常复杂,单劈一篇万字长文是没问题的,但读者们应该会直接关掉网页……
所以笔者今天就只用2张图把事情简单说一下。
先做一张图展示48V与12V双系统是怎样联合工作的:
配合上图解释如何节能:
1、能量互通:两套电压系统是互通的,理论上都可以通过DC-DC互相升降压充放电供给对应电压的负载,因此总系统不易亏电,不用经常启动内燃机。
2、滑行储能:48V系统加入之后,车辆更容易实现滑行储能模式,也就是视觉传感器、位置传感器、卫星信号判断你要进入“滑行至停止”这个工作,提前30秒左右停掉内燃机并让BSG/ISG反转发电。
3、反转储能:BSG/ISG作发电机用,能量来源可能是刚刚提到的滑行,可能是内燃机经济转速下的剩余动能,也有可能来自专门的发电模式。比亚迪DM3系统就有发电模式,让汽油机固定在1500rpm 用BSG进行8kW发电,实际上不好用。
4、能量大增:内燃机运转时可以电系统充电,12V铅酸电池与48V锂电池的总能量一般在2kWh左右,足够红灯前吹好一阵子空调冷风了,不用经常启动内燃机。
5、扭矩辅助:ISG电机可以提供50N·m左右的驱动扭矩(但不能单独驱动车轮),帮内燃机降负荷,一定程度上降低了油耗。
接下来笔者上一张多年前P的老图,这里基本说清了电机位置和作用,其中48V系统可以供给P0(BSG)、P1(ISG)、P2、P0+P3四种电机布局使用。
目前市面上见到的48V电压系统之电机,基本都是取代原发电机位置的BSG电机,因其成本最低、结构最简单,多数12V车型随便一改就能成为12V+48V的BSG轻混车型。
有哪些车企正在主推48V产品?
1 德系
德系是后来者,反而居上了。究其原因,便是因为德系豪华品牌太多了,高功率负载多,老早就受不了12V电压系统了。
奔驰从W221那一代奔驰S级(2006-2013)就开始做48V系统的尝试,宝马则在ActiveHybrid 7(2010-2012混动7系)上进行了试验。最终第一个跑出来的不是奔驰宝马,而是2017年发布的第四代奥迪A8(D5)。笔者印象深刻,是因为那篇首发技术解析稿是熬夜写的。
不过A8的48V系统用了更简单、更便宜、无法进行扭矩辅助的BSG电机,虽然没对动力有帮助,但油耗有了0.7L/100km的下降。同样的系统很快就用到了奥迪A6(2018)、A7(2018)、Q7(2020)、Q8(2020)、A4(2020)、Q5(2021)之上。
奔驰肯定不会落伍,EQ Boost 48V立刻奉上。请注意,这是一台更高阶的ISG电机,不仅帮助省油,还能进行扭矩辅助(因为在发动机飞轮输出端)。这些ISG很快就装备到了C级(2018)、CLS级(2018)、S级(2018)、AMG GT53(2018)等车型上。
那个,AMG车主现在也考虑省油吗?
至于宝马,其实上一年5系就在海外铺开了48V,但华晨宝马还没有跟进。第八代大众高尔夫也有48V,第四代EA888天生就跟48V匹配,预计以后德系是铺48V最积极的一个阵营。
保时捷呢,当初不是48V的主要发起人吗?是的,保时捷很需要48V电压系统来伺服主动防倾杆。空气悬架等高功率负载。
此外,保时捷911也在做更加深入的电气化尝试,先是自启停微混,然后是48V轻混,以后还会有插混甚至纯电。
2 美系
通用集团是低压系统高压化(12V一次,42V又一次)的先行者,旗下几个品牌都玩过48V轻混,比如土星在2007年开始做轻混,不过最终还是全面转向48V。
跟德系品牌一样,最先量产48V轻混系统的电力需求最大的豪华品牌。新出的2021款凯迪拉克XT5和XT6全系都铺了48V轻混,ISG电机功率10kW,可以给50N·m的扭矩辅助。因为是ISG,所以不需要改原来的发动机和变速箱,在年款车型上都能直接装备。
凯迪拉克给出的综合工况节油成绩是“节省5-6%”,足够老实,因为很多三四线车企就喜欢给你标一个10%左右。
实际上,这个比例的确比较可以了。我之前用的LTG引擎没可变缸技术,变速箱也是老款的8L45,超速挡位减速比不够大,所以高速油耗还不够极致。后来换LSY+9AT之后,一百公里可以省2.5-3.0个油,主要功劳是可变缸技术和更加省油的9号超速档。现在凯迪拉克推出“2.0T可变缸涡轮增压+9AT+48V”组合,还能再优化5-6%,ICE的停机时间可以更长。
美系另一大阵营是福特集团,不过可能因为上一年长安福特混得不够好,所以没有及时引入48V系统。中国消费者对“三缸”这个词太介意了,实际上福特的EcoBoost三缸机非常高效率,配上48V电机之后还能省更多油,海外版的福克斯和嘉年华早就用上了。
大家有没发现我没提林肯……哎,一个以NVH取胜的豪华品牌,怎么现在还没48V电压系统引入中国呢?
就如前文提到的那样,美系品牌是高压化先驱,像凯迪拉克/林肯这种开始逐步铺智能车机、自动驾驶、主动悬架的品牌,现在正是时候全面搭载48V,一方面解决电力窘况,一方面提升平顺性和静谧性,一方面的确也能省点油。
3 中国品牌
比亚迪在2013年推出了自家的48V弱混技术,他们叫“绿混系统”(希望基金读者不要介意),不过这款弱混系统并不怎么出名。真正卖断货的是第二代唐DM,很多订金用户(不是没交钱的意向用户哈)最近等不到车放弃,这种热销场面对于比亚迪而言是第一次。
虽然唐DM用的是不能进行扭矩辅助的BSG电机,但还有P3和P4两台大功率驱动电机,所以动力输出强势得可怕。
吉利也是推动48V的产业巨头,他们主打的是接地气的BSG电机,不过官方说能省15%(!!!)。笔者看到有媒体软文吹“吉利能省15%,奔驰奥迪远不如”就觉得特别恶心。
此外,一汽、长安、广汽、长城等品牌也都在跟进48V,而起步比较早却被反超的是江淮,我们2017广州车展就解读过他们家的48V轻混系统。
为什么单独说说江淮呢,因为他们这套HyBoost轻混系统用的是磷酸铁锂配方的48V电池,能量只有区区0.38kWh…… 我一直很想试试装机之后会有哪种级别的节能效果。
4 日系品牌
日系品牌,笔者简要讲三句。
第一句:丰田本田拥有强势的HEV强混技术,对48V兴趣不大。
第二句:马自达和斯巴鲁这两家只用工程师脑袋想东西的厂家从2019开始逐渐尝试48V系统。
第三句:铃木发力最早但其中国市场失败了,刚发布的日产逍客有48V但不知道是否引进。
5 供应商
48V市场兴起,将产生巨大的利润市场。因为电池、电控、电机都可以外包,所以……基本上买回来装机调试一下就能用了。
大陆集团专注做BSG电机,另一个巨头博世也在不断研发新的BSG,宁德时代给它提供48V电池包。
此外还有德尔福、法雷奥、日立、舍弗勒等等零部件巨头也参与了这块蛋糕的抢夺,不知道为什么电装没声没气。
汇总48V电压系统的优势
1.12V真的不够用
从6V到12V再到48V,汽车电压系统见证的是汽车产品逐渐迈向电气化与智能化的历史。在21世纪的汽车产品中,为安全性能、舒适功能、智能化配置、电气化底盘、自动驾驶运算服务的高功率负载越来越多,储能装置能量不足的问题越发明显,提升电压与电流可更好地满足负载的需求。
2. 48V系统其实很轻巧
48V电压系统的推广并不算迟,因为锂离子电池在上世纪90年代初才正式铺开,经历了30年的制造、使用、迭代之后,才终于达到今天车规级48V电压系统的要求。否则,我们得用4组12V铅酸电池进行串联,这就相当于一台手动变速箱的重量了。
3. 此外,成本上也很“轻巧”
48V需要执行的另一项重任是降低排放与降低油耗。按照目前动力电池技术的成本和性能估算,内燃机会在接下来20年内继续成为乘用车动力的“大半壁江山 – 半壁江山 – 小半壁江山”,48V系统作为性价比最高的混动机构,必然是最受宠的。
4. 节油效果看得见,不是玄学
12V自启停系统也能节油,为何48V才是王道呢?
因为12V电压系统对应的自启停振动太可怕了,我上车第一件事肯定是关掉自启停,不能为了省几滴油损失整个旅程的平顺性。
我们都会说一个网络词汇“力大砖飞”,实际上48V自启停的确可以用大力出奇迹,48V可以搭载10-15kW大功率BSG/ISG电机,平顺性上去了,消费者才肯用自启停系统。
5. 48V系统对平顺性确有贡献
48V自启停的速度更快,比如通用48V自启停的速度就比12V自启停快了0.2秒,动力衔接更好,整车平顺性更高。
在滑行的时候,48V还能进行动能回收,而且发动机断油时间大大增加了。
在起步的时候,因为ISG电机可以给到辅助扭矩(奔驰、宝马、凯迪拉克、雪佛兰等),所以起步可以更轻盈更平顺。
在换挡的时候,有个我不愿意点名但的确卖得很好的国产品牌,用BSG电机避开了双离合换挡时此前一直无法根治的顿挫。
在凡尔赛的时候,比如你的车子有48V电子涡轮,恭喜啊,涡轮迟滞没有啦。
最后解答一些常见疑问
1. 12V电压系统要被淘汰了吗?
答:暂未。12V产业链标准化之后,这项技术就一直用到现在,包括特斯拉Model S、保时捷Taycan、蔚来ES6在内的几乎所有电动汽车都在使用它来供电。当然,并非驱动车轮。
不过,48V电压系统的确会逐渐替代12V电压系统,这个过程是以十年计的。
2. 48V电池会自燃吗?
那个……凡是电池都有自燃的风险,凡是汽油车都有自燃的风险,凡是炸鸡都有炸得不好吃的风险。
低压系统基本可以保证不自燃,毕竟我也没怎么听说过有小朋友玩四驱车把屋子烧了的。高压系统的自燃风险高很多,毕竟工作压力大一个量级,风险就几何倍数飙升了。
3. 为何我的48V混动不省油?
因为BSG是搭配自动启停使用的,若你一上车就把启停关了,自然就没有多少节能作用了。之前我们关自启停是因为12V电压系统给到自启停系统的功率只有4kW左右,功率不够自然就抖啊。
现在BSG和ISG电机动辄10-15kW,力大砖飞,不抖了。
4. 奥迪的12V轻混是什么鬼?
新款奥迪A4有12V轻混系统,12V铅酸电池+12V锂离子电池(0.12kWh),BSG电机的功率从48V系统的8kW缩水到12V系统的5kW,每100km理论节省0.3L汽油。
把它当成一个动能回收装置,省出来的能量给车载用电器用,差不多就这个意思。
来源 :太平洋汽车网
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