現(xiàn)代汽車對電源的要求日益增加，12V電氣架構(gòu)正被推向極限。因此,，48V將可能是未來的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng),。這不僅打開了創(chuàng)新的機(jī)會大門，而且創(chuàng)造了滿足更嚴(yán)格碳排放目標(biāo)的平臺,。
儒卓力ABU負(fù)責(zé)人Uwe Rahn
全球道路交通的碳排放新限值即將出臺(參見下框),。但是，汽車電氣化不采用技術(shù)創(chuàng)新的話,，根本無法實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),，而最近國外一家著名車廠造假的碳排放丑聞，使得大眾更加擔(dān)心這個(gè)現(xiàn)實(shí),。解決方法是采用高性能的混合驅(qū)動(dòng),。汽車制造商到2021年前必須實(shí)施混合驅(qū)動(dòng)，否則將因無法遵守規(guī)定而面臨高額罰款,。
汽車制造商碳排放限值
歐洲 (NEDC)
§2015: 130g/km
§2021: 95g/km (柴油車：3.6l/100km,，汽油車：4.1l/100km)
§2025: 75g/km (預(yù)測)
§2019年后無法遵守規(guī)定應(yīng)繳納的罰款: 95歐元每克/公里
美國(溫室氣體)
§2016: 156g/km
§2025: 102g/km
§未遵守的處罰：禁止注冊
中國 (NEDC)
§2016: 164g/km (正在討論中)
§2020: 119g/km (正在討論中)
日本(JC08):
§2015: 146g/km
§2020: 117g/km (預(yù)測)
48V部分電氣系統(tǒng)
實(shí)施混合驅(qū)動(dòng)的基本要求是采用48V電氣系統(tǒng)。12V發(fā)電機(jī)不再能夠滿足數(shù)量不斷增長的汽車消費(fèi)者產(chǎn)品的要求,。48V電源能夠采用截面面積更小的電纜,，有助于減少產(chǎn)生的熱量和潛在的損耗。此外,，電流水平相同時(shí),，性能提高4倍。這要求使用其它組件,，如轉(zhuǎn)換電壓的DC-DC變換器,，及第二電池。
要從目前的12V完全轉(zhuǎn)換到未來的全48V系統(tǒng),，在目前是不可能的,。這將涉及改變所有電子系統(tǒng)和致動(dòng)器，如氣囊或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,。為了繼續(xù)使用低功耗部件,，許多供應(yīng)商目前還保留12V電氣系統(tǒng),。利用變換器，這兩種網(wǎng)絡(luò)都將連接,。對應(yīng)的是必須采用連續(xù)功率輸出高達(dá)4kW,，效率至少96%的12V/48V雙向變換器。被動(dòng)空冷可確保最高效率,。
此外,，新的核心部件是48V電池。在這一領(lǐng)域中,，新技術(shù)的開發(fā)一直突飛猛進(jìn),，例如，鋰-硫或鋰-空氣電池設(shè)計(jì),。它們的初步目標(biāo)是改善充電容量和能量密度,。盡管存在價(jià)格壓力，但是,，這些電池預(yù)期使用壽命長,，并且非常堅(jiān)固，例如,，在車禍中不會損壞,。
輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)
據(jù)VDA報(bào)道，到2020年,，大約400萬輛汽車將裝備48V部分電氣系統(tǒng);2026年,，這一數(shù)據(jù)預(yù)期將增加到大約1000萬輛，全球大約每十輛汽車就有一輛是,，其中大多數(shù)是輕度混合動(dòng)力型號,。與全混合動(dòng)力型號相比，它們未設(shè)計(jì)充電功能,，并且電機(jī)本身無法驅(qū)動(dòng)汽車,。除提供啟動(dòng)幫助以外，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)還充當(dāng)制動(dòng)能量換熱器,，給電池充10kW電,，從而降低碳排放。此外,，利用換熱能量,，還可以使汽車無排放運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉滑行(亦稱為航行),。根據(jù)測定指南和開車風(fēng)格,，碳排放減少量可高達(dá)12%。同時(shí),，滑行大幅降低了車內(nèi)噪聲和振動(dòng),，提高了駕車樂趣,。換熱能量還可以用于碳中性電動(dòng)增壓(e-boost)功能，即超車時(shí),，電機(jī)提供臨時(shí)的額外加速,。
這些技術(shù)甚至還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)消耗降低，例如,，開發(fā)高度自動(dòng)化和全自動(dòng)化駕駛解決方案,。
為了降低12V電氣系統(tǒng)的負(fù)荷，一開始在48V部分電氣系統(tǒng)中集成前擋風(fēng)玻璃加熱器以及輔助設(shè)備(如水泵,、油泵和燃油泵),、轉(zhuǎn)向輔助、HVAC控制(發(fā)動(dòng)機(jī)控制)和PTC加熱器將比較明智,。后者對混合動(dòng)力汽車尤其重要,，因?yàn)殡姍C(jī)不會產(chǎn)生用于發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器和汽車內(nèi)部的廢熱。將于2016年年底推出的電氣動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制,，也是48V應(yīng)用必須的。
但是,，最重要的決定性因子是充電器,。例如，充電器使發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格變小,，從六缸減為四缸,，從而在降低二氧化碳排放中起主要作用。明年將出現(xiàn)裝備兩個(gè)廢氣渦輪增壓器和不超過兩個(gè)電動(dòng)壓縮機(jī)的客車,。
新要求
48V系統(tǒng)的電壓更高,，要求汽車采用與檢查規(guī)則一致的全新架構(gòu)。峰值電壓必須限制在60V,，過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)是必須的,，以為了防止對網(wǎng)絡(luò)中其它消費(fèi)者產(chǎn)品的不良影響。必須安裝采用新絕緣技術(shù)的電纜,，以抵消由此造成的間隙和爬電距離,。還需要非常特殊的連接器配置，用于連接更高的電壓,。在這種情況下,，千萬不要忽略總體系統(tǒng)。
從部分系統(tǒng)至全48V電氣系統(tǒng)
在接下來的15年內(nèi),，將逐漸轉(zhuǎn)換為更高電壓系統(tǒng);全48V電氣系統(tǒng)汽車預(yù)期大約在2030年出現(xiàn),。如果這種部分系統(tǒng)仍然保留，為了滿足新消費(fèi)者產(chǎn)品對更高功率的要求,，電纜截面積規(guī)格將必須增大4倍,。鑒于所需空間和重量(大約10 kg)明顯增加,，從而碳排放也明顯增加，這將是完全不能接受的,。成本因素也十分重要：如果電動(dòng)壓縮機(jī)與12V系統(tǒng)連接,，大約3kW的輸出將導(dǎo)致250A以上的電流。采用標(biāo)準(zhǔn)部件時(shí),，這是不可行的,。但是，可以采用48V系統(tǒng)電動(dòng)壓縮機(jī)及大約4kW輸出,。
由于半導(dǎo)體部件進(jìn)一步迅速發(fā)展,，未來大多數(shù)消費(fèi)者產(chǎn)品逐漸裝備48V技術(shù)將是可能的：
短期 ->具備新8V功能的高性能消費(fèi)者產(chǎn)品：
o前擋風(fēng)玻璃 ( 1.5 KW )
oPTC ( 1.2 KW )
o電動(dòng)壓縮機(jī)/ 充電器 ( 3.5KW )
中期 ->更大功率要求的12/24V消費(fèi)者產(chǎn)品轉(zhuǎn)換
o電動(dòng)轉(zhuǎn)向 ( 1 KW )
o動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制 ( 3 KW )
o發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇 ( 1.5 KW )
o燈 ( 外部)
長期 -> 所有12V應(yīng)用(包括背光加熱器)轉(zhuǎn)換為新電壓級別
這些電氣消費(fèi)者產(chǎn)品可以開啟，并且不會磨損,，確保其僅在實(shí)際需要時(shí)才消耗能量,。如果采用了需求為導(dǎo)向的控制策略，碳排放將減少大約10%,。
高壓車載電源的開發(fā)繼續(xù)發(fā)展;在可以預(yù)見的未來,，快速充電器系統(tǒng)將推出800V以上電壓。它們將能夠在30分鐘內(nèi)消耗足夠能量,，僅利用電力行駛大約400 km,。
據(jù)一級供應(yīng)商公司預(yù)測，由于采用48V電氣系統(tǒng),、混合動(dòng)力技術(shù)和各種其它措施(如重量輕的結(jié)構(gòu)),，汽車制造商可以降低汽車的燃油消耗量，最多可達(dá)25%,。
技術(shù)推動(dòng)力
因此,，一級和二級供應(yīng)商將是許多新技術(shù)新系統(tǒng)的主要開發(fā)者。特別是,，德國制造商在這方面一直位列前沿,，例如，博世(Bosch)開發(fā)了各種類型的發(fā)動(dòng)機(jī),，全球市場領(lǐng)先公司博澤(Brose)開發(fā)了電動(dòng)窗調(diào)節(jié)器電機(jī)應(yīng)用或座椅調(diào)節(jié)系統(tǒng)電機(jī),，而風(fēng)扇電機(jī)專家ebm-papst也開發(fā)了相應(yīng)產(chǎn)品。亞洲制造商另外提供了廣泛的創(chuàng)新,。電機(jī)制造商日本電產(chǎn)株式會社(Nidec)的最新開發(fā)成果包括電動(dòng)轉(zhuǎn)向電機(jī)和高達(dá)750W冷卻風(fēng)扇應(yīng)用,。日本電裝株式會社(Denso)為汽車工業(yè)提供了范圍廣泛的高效技術(shù)、系統(tǒng)和部件,。美國公司Johnson Electric是前燈步進(jìn)電機(jī)及冷卻風(fēng)扇和空調(diào)系統(tǒng)電機(jī)的世界領(lǐng)先供應(yīng)商之一,。然而，電動(dòng)車目前最大的市場在法國,。
與高電壓混合動(dòng)力汽車相比,，客車引入其它電壓級別,，提供了前景很美好的優(yōu)點(diǎn)。一方面,，有機(jī)會實(shí)現(xiàn)頗有吸引力且成本合理的碳減排,。另一方面，可以實(shí)施目前12V設(shè)置技術(shù)上不可行的功能,。這些包括電動(dòng)渦輪增壓器,、空調(diào)壓縮機(jī)及操作與發(fā)動(dòng)機(jī)速度無關(guān)的各種泵。這意味著可以根據(jù)車輛狀況,，有效地控制負(fù)荷,，打開或關(guān)閉負(fù)荷。驅(qū)動(dòng)能力得到顯著提高后,，駕駛員將能體驗(yàn)到這些功能,。
就傳動(dòng)系統(tǒng)集成而言，48伏電壓級別會比高電壓混合動(dòng)力更易實(shí)施,，同時(shí)現(xiàn)有的傳動(dòng)系統(tǒng)理念亦得以保留,，從而預(yù)期開發(fā)周期更短。作為實(shí)施過程的一部分,，汽車制造商和供應(yīng)商目前非常重視部件和系統(tǒng)開發(fā)及系統(tǒng)集成和驗(yàn)證,。
總體系統(tǒng)的優(yōu)化是這方面的關(guān)鍵因素。它要求涉及的所有供應(yīng)商和合作伙伴密切合作和溝通,。供應(yīng)商和儒卓力汽車業(yè)務(wù)部等合作伙伴正向前推動(dòng)它們的發(fā)展。