隨著全球各地對環(huán)境狀況（特別是空氣質(zhì)量）這一問題的關(guān)注日益提升,，汽車的CO2排放量需要通過減少汽車的平均油耗來降低。實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一就是采用混合動力發(fā)動機，而不是純內(nèi)燃發(fā)動機（ICE）動力汽車,。
在典型的汽車中,，牽引動力系統(tǒng)必須能夠在非常寬泛的功率和速度條件范圍內(nèi)運行,，這通常以“轉(zhuǎn)矩-速度”范圍來表示,?；旌蟿恿ο到y(tǒng)的采用讓系統(tǒng)設(shè)計者能夠自由地在不同的轉(zhuǎn)矩-速度范圍內(nèi),，以優(yōu)化每項系統(tǒng)性能的方式,，對多重動力源進(jìn)行布置。電動力源可提供非常高的轉(zhuǎn)矩,，且在加速汽車時非常有用,，但它僅在有限的時間段內(nèi)可用。所涉及的具體時間取決于電池大小和電機的轉(zhuǎn)矩輸出,。借助這種可產(chǎn)生動力源的高轉(zhuǎn)矩,，ICE尺寸得以顯著縮小。這使其燃油能效也大大提升,。然而,，添加電動力源當(dāng)然并非簡單的工程問題，需要一種有關(guān)許多汽車系統(tǒng)設(shè)計考量的方法,。
傳統(tǒng)上,，通過添加高壓（?350V）電池和直接耦合至ICE動力系統(tǒng)的高性能電機，電氣化已經(jīng)得以實現(xiàn),。這些'全'混合動力汽車的定義類別一直是節(jié)能汽車,，且從提升能效角度看也頗具吸引力。但是,，它們也使汽車的成本和重量大大增加,。
最近，48V汽車系統(tǒng)架構(gòu)得到了相當(dāng)多的關(guān)注,。這些系統(tǒng)可以說是是向著全混合動力汽車前進(jìn)的一步,。通常情況下，稱它們?yōu)椤?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/輕度混合動力" title="輕度混合動力" target="_blank">輕度混合動力（Mild Hybrids）”,，但當(dāng)在更低的功率級別下設(shè)計時,，也可歸類為“微混合動力（Micro Hybrids）”,。它們采用相對緊湊的48V電池、高性能電機,、以及至少一個額外的48V電氣化子系統(tǒng),。48V系統(tǒng)更低的成本使其在許多汽車OEM廠商眼中頗具吸引力，它們很快將成為大多數(shù)汽車制造商產(chǎn)品組合中的一部分,。
48V架構(gòu)
48V架構(gòu)的選擇寬泛,，且在不斷增加。最基本的系統(tǒng)包括一塊電池,、一個起動發(fā)電機,、一個48V至12V轉(zhuǎn)換器，且通常至少有一個48V負(fù)載,。由于48V汽車仍然保留12V電池和多個12V負(fù)載,，因此目前這些系統(tǒng)可能會以雙電壓系統(tǒng)的形式存在。
圖1.典型48V輕度混合系統(tǒng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
憑借這些雙電壓系統(tǒng),，大量的新配置成為可能,。由于48V系統(tǒng)基本上能夠提供更高的功率水平，因此它將支持全新更高功率的外設(shè),，如48V E-Turbo和48V E-Roll穩(wěn)定系統(tǒng),。此外，更高的功率可用性將推動耗電的12V負(fù)載遷移至48V總線,，以充分利用更高的能效,。
起初，雙電壓系統(tǒng)的12V系統(tǒng)側(cè)將保持原樣,，減去12V交流發(fā)電機,。由于沒有12V電源的發(fā)電源，因此需要有一個轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將48V產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)移到12V側(cè),。盡管轉(zhuǎn)換器需要高能效,，但它仍會對所有12V負(fù)載施加損耗懲罰，因其需要通過轉(zhuǎn)換器獲取電源,。在增加的損耗和功率限制之間產(chǎn)生了強大的誘因,，能夠?qū)?2V外設(shè)移至48V運行。
這些轉(zhuǎn)換器在設(shè)計上為雙向的,，在高需求期間可同時使用兩種電池,。雙向轉(zhuǎn)換器能夠?qū)碜匀我浑姵氐碾娫崔D(zhuǎn)換到另一電池，并且可能存在于未來某一段時間內(nèi),。
除冗余之外,，保留12V啟動器并沒有技術(shù)上的原因，將其拆移除可能會成為未來的趨勢,。如果不再需要它,，那么12V電池的尺寸能夠顯著減小，甚至可以完全移除,。但這將是一個大膽的舉動,，需要非常謹(jǐn)慎地對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計。
對于48V系統(tǒng)側(cè),，起動發(fā)電機是主要部件,。它負(fù)責(zé)汽車所有電力生成、以及汽車起動,。它還能在汽車制動期間執(zhí)行再生能量回收,。在此模式下，機器作為發(fā)電機為動力系統(tǒng)提供負(fù)轉(zhuǎn)矩,，減慢車速并恢復(fù)電池電量,。起動發(fā)電機有多種配置和功率級別，每個都有著非常具體的實施目標(biāo),。
混合動力領(lǐng)域采用了一個簡寫代碼來確定電機在底盤子系統(tǒng)中的位置,。該系統(tǒng)通過使用一組Px指示器來生成標(biāo)簽，指示電機與動力系統(tǒng)耦合的每個位置,。指示器（P0至P4）的數(shù)值在功率插入點穿過車尾時會上升,。
圖2. Px混合系統(tǒng)術(shù)語和示例功率級別
由于BSG的插入點位于發(fā)動機的前端附件驅(qū)動（FEAD）處，因此BSG的功率級別是最小的,，其中轉(zhuǎn)矩的傳輸必須通過鋼帶連接,。由于其通過鋼制齒輪耦合，所以底盤的其余插入點（P2-P4）都具有更高的功率水平,。另外,，更高功率的機器具有能夠為ICE提供牽引輔助的附加功能。這意味著除了由ICE提供的動力之外,，電動力源還也能夠提升汽車的加速度,。在某些配置下，可以想象在ICE關(guān)閉的情況下,，汽車單靠電動力源即可開動,。這取決于電機可用的牽引輔助量及其在底盤子系統(tǒng)中的位置。
48V子系統(tǒng)
雙電壓系統(tǒng)需要增加48V至12V電源轉(zhuǎn)換器,。在沒有12V交流發(fā)電機的情況下需要為12V系統(tǒng)供電,，就需要該組件。由于需要雙向行為和高能效,，所以需要專門的設(shè)計方法,。這些轉(zhuǎn)換器的典型功率范圍在1kW至3kW范圍內(nèi)，為了在這樣的大功率范圍內(nèi)保持高能效，多級降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是當(dāng)前最流行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許電力從較高電壓側(cè)流向較低電壓側(cè),。與之類似地，升壓拓?fù)湓试S反方向的功率流動,。多級設(shè)計允許共享許多單獨的轉(zhuǎn)換器子電路,，以組合成一個高功率設(shè)計。在轉(zhuǎn)換器輸出負(fù)載很重的情況下,，所有的子電路都能夠工作,。當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出輕負(fù)載時，許多子電路將被關(guān)斷,，從而提供更低的損耗和更高的能效,。
能想得到的48V負(fù)載有多種多樣，而許多較高的功率負(fù)載無法通過12V系統(tǒng)實現(xiàn),。其中最高的是電控增壓器,。由于增壓器需要在幾分之一秒內(nèi)加速到極高的速度，因此需要相當(dāng)高的瞬態(tài)功率,。典型的增壓器驅(qū)動包括一個低慣性三相電動機,，由一個三相逆變器驅(qū)動。盡管平均功率相對較低,，但峰值功率可達(dá)8kW以上,。如此寬泛的功率范圍配置可完美匹配48V系統(tǒng)。許多其它汽車子系統(tǒng)也非常適合48V架構(gòu),，無論是單相還是三相配置,。圖3中列出了可能的48V負(fù)載。
圖3. 輕度混合子系統(tǒng)組件摘要
其它48V系統(tǒng)
48V電池系統(tǒng)由鋰離子電池構(gòu)成,，相較于鉛酸電池,，它需要更多的注意和處理。鑒于此,，48V汽車需要電池管理系統(tǒng)（BMS）,。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控電池電壓和電池溫度，以便能夠安全地為電池充電,。由于48V系統(tǒng)具有再生能力,，這種情況也變得更為復(fù)雜。當(dāng)汽車電池的剩余電量足夠低時,，可發(fā)出再生指令,，但是對BMS的控制需要非常謹(jǐn)慎，這對于防止過充或過熱至關(guān)重要,。
48V電路對熔斷和接觸也有更為復(fù)雜的要求,。目前尚不確定，如果用于48V系統(tǒng)，12V刀片式保險絲能否提供足夠的電弧防護,。而且,，由于48V系統(tǒng)所需的繼電器觸點距離將大于12V系統(tǒng)所需的，因此需要重新設(shè)計保險絲和繼電器,。由于這些組件的要求都可以通過采用半導(dǎo)體器件輕松滿足,，所以這些問題很可能通過電子方案來解決,。
結(jié)論
將48V系統(tǒng)添加到12V汽車將讓設(shè)計人員有機會實現(xiàn)當(dāng)今汽車所需的燃油能效提升,。它還將大大增加對新型創(chuàng)新的電力電子電路的需求，雖然48V架構(gòu)的許多變體將會出現(xiàn),，但最終的評判將在汽車客戶權(quán)衡特性優(yōu)勢與成本之后得出,。