浅析48V 轻度混合动力系统

浅析48V 轻度混合动力系统
作者:李金栋
来源:《汽车维修与保养》 2018年第8期
    一、48V 轻度混合动力系统简介
    48V轻度混合动力被称作 Mild Hybrid(轻度混合动力,也被称为软混合动力、微混合动力等),虽然没有明确的规范划分,但在汽车行业中,人们习惯把丰田、福特、通用这类混合动力技术称为Strong Hybrid(泛指混合动力技术,以下简称广义混合动力),而像自动启停仅需12V电压就可以带动的技术称为MicroHybrid(也被称作轻度混合动力)。
    48V轻度混合动力的基本原理与丰田、福特等车企的广义混合动力技术一样,都是通过电动机与内燃机并联运行以提供额外的驱动力,同时兼具动能回收功能,但48V轻度混合动力相比广义混合动力技术而言占地更小、重量更轻、成本更低、布置难度更低,而相比12V电压的轻度混合系统 ,48V轻度混合动力技术具备更好的节油效果和更强的功能性。
    在传统汽车领域目前没有任何一款车型搭载48V系统。在混合动力领域,48V锂离子电池组系统主要
知识竞赛系统应用在轻度混动力系统,处于研发和限量生产的水平。到2025年,48V轻度混合动力汽车预计将占到全部混动汽车的一半以上,95%的轻度混合动力汽车以后将会采用48V方案。
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    二、48V轻度混合动力被广泛使用的原因
    众所周知,功率=电压×电流,如果要输出轻度混合动力所需的10~20kW功率,使用12V时电池输出的电流需达到1 000A,这明显不合理,因此提高电压成为最为可行的办法,所以最终综合成本和效果等方面选择了48V轻度混合动力,同时电压增高可以带动更大功率的电子涡轮、主动悬架系统、电助力转向及电动机等。
    虽然将普通燃油车变成轻度混合动力车只需要加一个小型的混动系统即可,但轻度混合动力车的节油效果较好,我们在燃油车里常见的12V自动启停系统节油效果为5%~6%,而48V轻度混合系统的节油效果达到14%~17% ,油电混合动力系统的节油效果通常在17%~21%;在成本方面,48V轻度混合系统的成本只有油电混合系统的30% ,因此,48V轻度混合动力系统可达到事半功倍的效果。但48V轻度混合系统的电动机比混合动力系统的电动机小,不足以让汽车在纯电状态下加速,因此仍需搭配发动机同时使用。ccc360
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    三、48V轻度混合系统的电气架构
    48V轻度混合系统可以看成是12V启停系统的升级版,它增加了48V储能电池、48V/12V 双向 DC-DC变换器、电动增压器(可选配置)、48V BSG/ISG(汽车发动发电一体机)、电池管理系统等。48V 轻度混合系统的电气架构如图1所示。
   
    然而为了提高系统的兼容性,同时降低推广的难度,现在业界推出的主流方案都是 12V+48V,而不是直接使用48V系统,这样既保留了原先的12V系统,对于负载大的还可用48V来驱动。
    四、48V轻度混合动力系统工作模式
    12V系统升级到48V系统后,除了自动启停功能之外,还具备发动机停机滑行、滑行与制动能量回收、加速助力和电巡航等功能,电压增大还可为车辆内部的电子设备提供更多的功率,同时驾驶体验
和节能效率方向也得到了升级。在不同的工作模式下,48V轻度混合动力系统会有不同的表现。
    1.在等红绿灯时,车辆静止状态下,发动机处于关闭状态,48V大容量电池利用存储的能量维持车载电气的正常运行,发动机可以随时快速启动。
    2.能量回收可以将动能转化为电能并存储到电池中,仅能量回收功能就可以降低约5%~7% 的油耗。
    3.混动系统可以减小发动机的排量,在提速阶段,电机的辅助动力可以弥补发动机动力的不足,可在不损失动力的情况下降低排放。闪蒸温度
    4.在车辆匀速运行并且电池电量充足的情况下,关闭发动机喷油系统,依靠电机来维持车辆运行。电机提供的动力用来抵消行驶阻力以及发动机的拖拽阻力。BSG/ISG在高速巡航阶段,电能充足的情况下,可彻底分离且关闭发动机,仅靠电机保持车辆巡航。当再次踩下油门踏板,发动机会迅速启动,平滑切入到当前车速。
    5.松开油门,车辆处于滑行阶段,离合器分离发动机和传动系统的机械连接,彻底关闭发动机,实现更长的行驶距离。相当于传统车辆空挡滑行,只不过传统车辆在切换到空挡滑行之后,发动机转速在降到怠速时依然需要喷油来维持发动机的运行。
    五、48V轻度混合动力系统的优势
    相对于12V系统和广义的混合动力系统而言,48V轻度混合系统拥有比较明显的优势。
    首先,48V 轻度混合动力系统更加安全。在我们学到的物理学基础知识里,我们通常都认为36V以下才是安全电压,但在高电压的电动汽车当中,36V作为安全值并不科学。一方面人体电阻的阻值存在很大的个体差异,另一方面人类所处的环境会对人体阻值产生影响,例如,潮湿的夏天人体阻值会变小,而在干燥的冬天阻值则会增大。根据多方面因素综合考虑,目前国际上通常认为60V以下的直流电压和25V以下的交流电压属于安全电压。
    其次,48V轻度混合动力系统成本更加低廉。48V混合动力本身标称电压就在60V以下,即使算上由于SOC(state ofcharge,荷电状态)较高时导致的电压波动,48V混合动力系统的电压峰值也不会超过58V ,所以不需要采取额外的电压防护措施(许多国家规定电压超过60V需安装防护措施),相对与上面广义上的混合动力来说,成本更低。
    此外,48V轻度混合动力系统的通用性更强。48V轻度混合系统可兼容更多不同的用电设备,比如车载领域出现越来越多的娱乐化大屏和复杂的汽车中控系统。同时,48V轻度混合系统可提供更大容量的蓄电池,将传统内燃机汽车上依靠发动机来负载的空调压缩机、冷却水泵等设备通过电池来负载,不仅可有效降低发动机的负荷,也可以在发动机关闭的情况下使用这些大功率设备。
装配平台
    最后,48V轻度混合动力系统的节能减排效果更好。由于BSG/ISG技术的帮助,48V轻度混合动力系统可以进一步缩小发动机的体积,进而降低排放。同时,利用电动涡轮来替代机械涡轮,还能进一步提高发动机的效率。48V轻度混合动力系统可以实现滑行启停、动能回收、辅助加速等功能,有效避免了燃油的不必要消耗。与广义混合动力汽车相比,48V轻度 混合动力系统仅需要30%的成本就可以达到70%的效果,因此性价比非常高。
    知识链接
    48V轻度混合动力系统发展概况
    2020年,欧盟将执行非常严格的排放法规,100km油耗要降至4L,每公里CO2排放要低至95g;根据2016年7月公布的数据显示,目前我国乘用车平均燃料实际消耗平均值为7.97L/100km,工信部还曾提出, 预计到2020年将当年生产的乘用车平均油耗目标降低到5L/100km。在节能减排的大背景下,技术壁垒又难以快速攻破,汽车厂商都是从小排量或者混动开始做起。2011年,大众、宝马、戴姆勒等车企联合推出了48V系统,国内外诸多汽车零部件供应商也都在研发48V轻度混合动力系统,博世、大陆、德尔福和法雷奥已经是48V系统的关键部件供应商,上海电驱动股份有限公司、湖南科力远新能源股份有限公司等企业也有涉及该领域。从我国国情来看,48V轻度混合系统及配件产品可作为传统燃油车启停系统的升级配置切入市场,至于能否开启传统燃油汽车和非插电式混合动力汽车之间的市场空白尚需市场考验,尽可能的降低成本,才是48V系统普及的关键因素。

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