動(dòng)力系統中增加48V直流（DC）總線(xiàn)(圖文)

目前混動(dòng)汽車(chē)（HEV）和純電動(dòng)汽車(chē)（EV）的設計非常引人注目，但是汽車(chē)行業(yè)也有一個(gè)不太明顯但是意義重大的發(fā)展趨勢：在動(dòng)力系統中增加48V直流（DC）總線(xiàn)。48V不僅適用于混動(dòng)汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)，更多普通的內燃汽車(chē)也將采用這種技術(shù)，從圖1可以看出純電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額不斷增長(cháng)。

   圖1：電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)（包括純電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)）預計在未來(lái)幾年會(huì )迅速增長(cháng)，48V的采用將成為有利于增長(cháng)的一個(gè)要素（：Delphi科技）

工程師和汽車(chē)機械師從小就接觸無(wú)處不在的12V電池和汽車(chē)零部件（這是已有100多年歷史的行業(yè)標準），但是不需要擔心12V系統不會(huì )很快消失，然而在可以預見(jiàn)的未來(lái)12V可能會(huì )和48V系統共存。

那么48V系統有哪些獨特之處呢？答案需要從電力的角度來(lái)看，回到歐姆定律、壓降（V=IR）、功率（P=IV）和損耗功率（P=I²R）有關(guān)的物理定律上來(lái)，雖然壓降（損耗）隨電流線(xiàn)性增加，功率損耗隨電流的平方而增加，但是輸送功率需要電流和電壓來(lái)決定，簡(jiǎn)而言之在給定電壓下輸出更多的功率需要更大的電流，而電流越大，壓降越高，功率損失也不可恢復。

這并不是一個(gè)新的發(fā)展方向，電力領(lǐng)域的解決方案提供商早就熟知這些，這也是他們?yōu)槭裁床捎酶�高電壓的原因，他們尋求為路燈系統、家庭和工業(yè)場(chǎng)所供電更好的解決方案，但是對于汽車(chē)而言從可充電鉛酸電池獲取12.6V（標稱(chēng)值）電壓是一個(gè)很好的折中方案，可以兼顧體積、容量（安培小時(shí)）、成本、壽命和安全等因素。

然而現在的汽車(chē)需要比幾年前的汽車(chē)更多的動(dòng)力，除了發(fā)動(dòng)機、燈、收音機、電動(dòng)天窗、電動(dòng)助力轉向、網(wǎng)絡(luò )和信息娛樂(lè )等基本功能，現在還會(huì )集成很多其他安全便捷的功能，這些功能通常會(huì )歸入高級駕駛輔助系統（ADAS）范疇內，ADAS系統對電池提出了更高的要求，需要更多的電力，因此采用12V電源為各種核心部件和外設供電會(huì )造成更大的電流，然而在12V下保持IR下降和I²R功率損失在可接受的水平的方法是采用更粗的電線(xiàn)、更多的銅制材料和更大的連接器，這反過(guò)來(lái)意味著(zhù)成本、體積的增加，在車(chē)輛系統內會(huì )顯得更加的擁擠。

48V供電是新的12V形式嗎？

經(jīng)過(guò)了大量的分析行業(yè)內決定采用48V作為新的電源系統，與傳統的12V鉛酸電池不同，48V電池采用鋰電池，具有更高的重量和體積能量密度，比較有名的是“mild Hybrid（微混或者輕混）”（圖2）。

圖2：在某些方面12V/48V微混系統是一個(gè)折中的方案，但與其他折中方案不同，這種方案有很多的優(yōu)勢，降低成本，提升效益和回報率（：Delphi科技）

在這種方法中，48V電池——按照汽車(chē)標準LV148的規定——作為補充與12V鉛酸電池結合使用（這樣能夠提供3KW的額定功率），如圖3所示。12V電池和48V電池將連同他們的配電線(xiàn)束一起使用，在需要功率輸出的時(shí)候兩塊電池都提供能量輸出，比如12V總線(xiàn)可以為點(diǎn)火、照明和信息娛樂(lè )系統提供電源，而48V總線(xiàn)將負責底盤(pán)控制系統、空調、調整懸架、回收制動(dòng)能量、驅動(dòng)電動(dòng)增壓器和渦輪等。

圖3：雙電壓微混方式將有效分配電壓和可用的功率，從效率和運行的角度來(lái)看這是最有意義的（：Delphi科技）

考慮一個(gè)基本組件：發(fā)動(dòng)起啟動(dòng)器，48V電池如何改變發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)器的基本架構，從而更好的增強啟停效果，這種方式有利于減少在紅綠燈和停車(chē)等待時(shí)的燃油消耗，進(jìn)一步增強燃油效率。在大多數只有12V電池的汽車(chē)中電池為啟動(dòng)器提供動(dòng)力，交流發(fā)電機作為充電器，然而48V和12V的組合使用可以提供高達10KW的功率，啟動(dòng)電機和獨立的交流發(fā)電機被集成的啟動(dòng)發(fā)電機（ISG）或帶式啟動(dòng)發(fā)電機所取代，48V鋰離子電池和雙向DC/DC轉換器會(huì )被封裝在堅固的盒子內，這其實(shí)是一種弱混動(dòng)力系統，與內燃機協(xié)同工作。它可以提供三分之二的好處，但是只有三分之一的成本，而經(jīng)濟效益增加了15%到20%。

同時(shí)選擇48V也引出兩個(gè)問(wèn)題：為什么不從12V直接改為24V呢？既然更高的電壓能帶來(lái)更多的好處，那為什么把電壓限制在48V呢？對于這些問(wèn)題有很多不同的回答。

大約在10年前關(guān)于24V的討論非常的激烈，一些主要廠(chǎng)商甚至開(kāi)始生產(chǎn)24V連接器、開(kāi)關(guān)、繼電器和其他基礎部件。但是采用24V的好處并不足以支持這種改動(dòng)。此外關(guān)于汽車(chē)是否應該完全淘汰12V電池僅采用24V電池，還是讓它們共存，這個(gè)爭論一直未解決。

至于48V以上會(huì )存在用戶(hù)安全問(wèn)題，在大多數地區超過(guò)60V的直流電壓被認為是潛在的不安全因素，因此需要特殊的接線(xiàn)注意事項、安全鎖、使用導管和物理屏蔽等。盡管48V系統實(shí)際上可能達到略低于60V的峰值，但它被認為是安全的，從而避免了這方面的問(wèn)題（注意對于純電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)與主電池相關(guān)的電壓會(huì )遠遠超過(guò)60V，因此設計中考慮了所有安全規則和預防措施），48V是傳統微混系統所能達到的最高水平，從而避免額外的安全相關(guān)的設計問(wèn)題。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持