◆文/山東 李金棟

一、48V 輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)簡介

48V輕度混合動(dòng)力被稱作 Mild Hybrid(輕度混合動(dòng)力,也被稱為軟混合動(dòng)力、微混合動(dòng)力等），雖然沒有明確的規(guī)范劃分，但在汽車行業(yè)中，人們習(xí)慣把豐田、福特、通用這類混合動(dòng)力技術(shù)稱為Strong Hybrid(泛指混合動(dòng)力技術(shù)，以下簡稱廣義混合動(dòng)力)，而像自動(dòng)啟停僅需12V電壓就可以帶動(dòng)的技術(shù)稱為Micro Hybrid(也被稱作輕度混合動(dòng)力)。

48V輕度混合動(dòng)力的基本原理與豐田、福特等車企的廣義混合動(dòng)力技術(shù)一樣，都是通過電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)并聯(lián)運(yùn)行以提供額外的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)兼具動(dòng)能回收功能，但48V輕度混合動(dòng)力相比廣義混合動(dòng)力技術(shù)而言占地更小、重量更輕、成本更低、布置難度更低，而相比12V電壓的輕度混合系統(tǒng) ，48V輕度混合動(dòng)力技術(shù)具備更好的節(jié)油效果和更強(qiáng)的功能性。

在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域目前沒有任何一款車型搭載48V系統(tǒng)。在混合動(dòng)力領(lǐng)域，48V鋰離子電池組系統(tǒng)主要應(yīng)用在輕度混動(dòng)力系統(tǒng)，處于研發(fā)和限量生產(chǎn)的水平。到2025年，48V輕度混合動(dòng)力汽車預(yù)計(jì)將占到全部混動(dòng)汽車的一半以上，95%的輕度混合動(dòng)力汽車以后將會采用48V方案。

二、48V輕度混合動(dòng)力被廣泛使用的原因

眾所周知，功率=電壓×電流，如果要輸出輕度混合動(dòng)力所需的10～20kW功率，使用12V時(shí)電池輸出的電流需達(dá)到1 000A，這明顯不合理，因此提高電壓成為最為可行的辦法，所以最終綜合成本和效果等方面選擇了48V輕度混合動(dòng)力，同時(shí)電壓增高可以帶動(dòng)更大功率的電子渦輪、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、電助力轉(zhuǎn)向及電動(dòng)機(jī)等。

雖然將普通燃油車變成輕度混合動(dòng)力車只需要加一個(gè)小型的混動(dòng)系統(tǒng)即可，但輕度混合動(dòng)力車的節(jié)油效果較好，我們在燃油車?yán)锍Ｒ姷?2V自動(dòng)啟停系統(tǒng)節(jié)油效果為5%～6%，而48V輕度混合系統(tǒng)的節(jié)油效果達(dá)到14%～17% ，油電混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)油效果通常在17%～21%；在成本方面，48V輕度混合系統(tǒng)的成本只有油電混合系統(tǒng)的30% ，因此，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)可達(dá)到事半功倍的效果。但48V輕度混合系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)比混合動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)小，不足以讓汽車在純電狀態(tài)下加速，因此仍需搭配發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)使用。

三、48V輕度混合系統(tǒng)的電氣架構(gòu)

48V輕度混合系統(tǒng)可以看成是12V啟停系統(tǒng)的升級版，它增加了48V儲能電池、48V/12V 雙向 DC-DC變換器、電動(dòng)增壓器(可選配置)、48V BSG/ISG(汽車發(fā)動(dòng)發(fā)電一體機(jī))、電池管理系統(tǒng)等。48V 輕度混合系統(tǒng)的電氣架構(gòu)如圖1所示。

圖1 48V 輕度混合系統(tǒng)的電氣架構(gòu)

然而為了提高系統(tǒng)的兼容性，同時(shí)降低推廣的難度，現(xiàn)在業(yè)界推出的主流方案都是 12V+48V，而不是直接使用48V系統(tǒng)，這樣既保留了原先的12V系統(tǒng)，對于負(fù)載大的還可用48V來驅(qū)動(dòng)。

四、48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)工作模式

12V系統(tǒng)升級到48V系統(tǒng)后，除了自動(dòng)啟停功能之外，還具備發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)滑行、滑行與制動(dòng)能量回收、加速助力和電巡航等功能，電壓增大還可為車輛內(nèi)部的電子設(shè)備提供更多的功率，同時(shí)駕駛體驗(yàn)和節(jié)能效率方向也得到了升級。在不同的工作模式下，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)會有不同的表現(xiàn)。

1.在等紅綠燈時(shí)，車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，48V大容量電池利用存儲的能量維持車載電氣的正常運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)可以隨時(shí)快速啟動(dòng)。

2.能量回收可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲到電池中，僅能量回收功能就可以降低約5%～7% 的油耗。

3.混動(dòng)系統(tǒng)可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，在提速階段，電機(jī)的輔助動(dòng)力可以彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的不足，可在不損失動(dòng)力的情況下降低排放。

4.在車輛勻速運(yùn)行并且電池電量充足的情況下，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)，依靠電機(jī)來維持車輛運(yùn)行。電機(jī)提供的動(dòng)力用來抵消行駛阻力以及發(fā)動(dòng)機(jī)的拖拽阻力。BSG/ISG在高速巡航階段，電能充足的情況下，可徹底分離且關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，僅靠電機(jī)保持車輛巡航。當(dāng)再次踩下油門踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)會迅速啟動(dòng)，平滑切入到當(dāng)前車速。

5.松開油門，車輛處于滑行階段，離合器分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械連接，徹底關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)更長的行駛距離。相當(dāng)于傳統(tǒng)車輛空擋滑行，只不過傳統(tǒng)車輛在切換到空擋滑行之后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在降到怠速時(shí)依然需要噴油來維持發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

五、48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢

相對于12V系統(tǒng)和廣義的混合動(dòng)力系統(tǒng)而言，48V輕度混合系統(tǒng)擁有比較明顯的優(yōu)勢。

首先，48V 輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)更加安全。在我們學(xué)到的物理學(xué)基礎(chǔ)知識里，我們通常都認(rèn)為36V以下才是安全電壓，但在高電壓的電動(dòng)汽車當(dāng)中，36V作為安全值并不科學(xué)。一方面人體電阻的阻值存在很大的個(gè)體差異，另一方面人類所處的環(huán)境會對人體阻值產(chǎn)生影響，例如，潮濕的夏天人體阻值會變小，而在干燥的冬天阻值則會增大。根據(jù)多方面因素綜合考慮，目前國際上通常認(rèn)為60V以下的直流電壓和25V以下的交流電壓屬于安全電壓。

其次，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)成本更加低廉。48V混合動(dòng)力本身標(biāo)稱電壓就在60V以下，即使算上由于SOC(state of charge，荷電狀態(tài))較高時(shí)導(dǎo)致的電壓波動(dòng)，48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的電壓峰值也不會超過58V ，所以不需要采取額外的電壓防護(hù)措施(許多國家規(guī)定電壓超過60V需安裝防護(hù)措施)，相對與上面廣義上的混合動(dòng)力來說，成本更低。

此外，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的通用性更強(qiáng)。48V輕度混合系統(tǒng)可兼容更多不同的用電設(shè)備，比如車載領(lǐng)域出現(xiàn)越來越多的娛樂化大屏和復(fù)雜的汽車中控系統(tǒng)。同時(shí)，48V輕度混合系統(tǒng)可提供更大容量的蓄電池，將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上依靠發(fā)動(dòng)機(jī)來負(fù)載的空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵等設(shè)備通過電池來負(fù)載，不僅可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，也可以在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的情況下使用這些大功率設(shè)備。

最后，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能減排效果更好。由于BSG/ISG技術(shù)的幫助，48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)可以進(jìn)一步縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積，進(jìn)而降低排放。同時(shí)，利用電動(dòng)渦輪來替代機(jī)械渦輪，還能進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。48V輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)滑行啟停、動(dòng)能回收、輔助加速等功能，有效避免了燃油的不必要消耗。與廣義混合動(dòng)力汽車相比，48V輕度 混合動(dòng)力系統(tǒng)僅需要30%的成本就可以達(dá)到70%的效果，因此性價(jià)比非常高。