SAE International - 國際自動機工程師學會

　　未來，為了應對CO2減排要求，并滿足車輛電子電氣子系統與輔助功如能“吸血鬼”一般不斷增加的用電需求，新的48V技術將迎來大規模普及。

　　--Lindsay Brooke

　　德爾福的48V電系的布局示意圖（如圖所示）。未來，48V電系將成為多種新型汽車電子電氣功能的關鍵使能技術。

　　當我駕駛著一輛混動林肯MKZ轎車飛馳在（美國）75號州際公路公路時，我感覺自己好像漂浮在半空之中。這是由于車輛內燃發動機已經進入關閉狀態，完全是在電力的驅動下飛馳向前。在這條仿佛沒有盡頭的平坦公路上，MKZ的內燃發動機不再賣力地“旋轉燃燒”，而只是靜靜的當作一名“乘客”。在這場簡單電動車試駕中，我發現車輛的整體性能明顯都取得了提升。

　　法雷奧（Valeo）北美工程研發主任Matti Vint博士從后座的筆記本電腦前探起身來問我，“現在我們是在‘航行模式’(Sailing Mode)，對于一些不需要太多操作的路況，這種模式相當不錯吧？”過去一周來，Vint博士一直在向各家感興趣的廠商展示這輛裝配了48V系統的林肯轎車。我回答說，“相當酷，”反正就是類似的感覺。

　　事實上，這種‘航行模式’（即在一些輕負載路況下，車輛的內燃機關閉，由混合動力的電動系統為車輛提供動力）只是法雷奧48/12V混合動力技術帶給廣大客戶的獻禮之一。另外一個重要優勢就是幫助發動機“瘦身”。這樣一來，系統就可以為車輛的常規傳動總成提供緩沖，從而“屏蔽”扭矩變換器工作對車上人員的影響，即使是我這樣喜歡猛踩油門的駕駛習慣，也不會給乘客帶來太多不適。

　　48V電系還能為車輛提供更多扭矩，讓我在法雷奧公司停車場上舉行的WOT發布儀式中盡情駕駛，感受強勁動力帶來的前輪摩擦：“先生，要給您的MKZ轎車來點野馬GT的風味嗎？”

　　在德爾福公司的本田思域48V電系演示車的后備箱中，我們可以看到一款直流-直流模塊（左）、配電裝置與氣冷鋰離子電池。

　　試駕結束后，Vint博士掀起車輛的引擎蓋和后備箱蓋，向我展示了法雷奧48V電系的內部構成。具體來說，這個電系采用了P0拓撲結構（即電機位于車輛的前端輔助驅動軸），我們可以在一個角落里看到系統的緊湊型液冷帶動發電機（BSG）。Vint博士還介紹了法雷奧自己研發的e-supercharger超級增壓器。作為48V電系的重要組成部分，該設備非常高效，可以提高米勒循環發動機的效率并同時優化混動車型的操控性能。車輛的后備箱中則安裝了48V電系控制器、高效率（~96%）的雙向直流/直流變換器，以及一款來自A123系統（A123 Systems）的緊湊型風冷鋰離子電池（8 a.h）。

　　事實上，除了法雷奧，最近大陸集團（Continental）、德爾福（Delphi）、AVL、博格華納（BorgWarner）及舍夫勒（Schaeffler）等多家大型供應商也在進行各種48V技術演示，因此這種配置我也見了很多。這些公司的工程師均表示，盡管尚未真正登陸量產車型，但所有采用48V電系的演示車輛均有不錯表現，不僅NVH性能有所提升，車輛燃料經濟性也最高可以提高12%。另外，博世（Bosch）、Ricardo、FEV等供應商也有已經投入市場或正在研發中的48V電系產品。

　　此外，由于48V系統的電流更小，因此可以采用更細的電纜，為車輛減重高達10kg，而這也有助于降低車輛的CO2排放。

　　法雷奧的48V電系技術演示車與MattiVint博士。在48V電系的支持下，這款車的燃料經濟性與駕駛性能都有了一定提升。

　　滿足“吸血鬼”的需求

　　行業預測公司IHS Markit資深分析師Christian Mueller表示，預計到2025年，全球每年將有1340萬輛（占新車總量的10%）配備48V電系的新車投入市場，因此目前各家全球一級供應商都在奮力爭取為各大車企供應48V電系的機會。Navigant Research公司的另一項近期研究結果也表明，低電壓車輛電系的前景不容樂觀；且預計到2025年，48V車型的全球銷售量將達到900萬輛，C級車有望成為48電系最大的市場。

　　“典型的低電壓輕混系統沒辦法將車輛的CO2排放控制在每公里95g以內，”Mueller斷言，“你必須選擇插電式純混合動力系統或大量應用BSG系統。48V系統可支持一些‘升級版’的車輛啟停功能，比如在高速公路上進行‘航行’，或實現低速停車協助功能等。”

　　但48V系統的真正優勢在于可以將車輛的電功率從2.5 kW提升到10 kW，讓越來越多汽車動力系統以外的“用電大戶”成功“落戶”到車上，比如：電動助力轉向系統（2kW）、電動壓縮機（3kW - 7kW）、電動空調壓縮機（3.5kW）、“智能”冷卻泵（400W）、擋風玻璃加熱器（700W）及電液制動器（900W）等。

　　電池制造企業江森自控（Johnson Controls）研發副總裁、福特汽車（Ford）前任混動系統工程師Mary Ann Wright表示，“以電動升壓器（e-booster）、電動增壓器（e-charger）及底盤主動控制系統為主的新一代汽車輔助系統用起電來就像“吸血鬼”一樣貪婪。”

　　Wright表示，在48V電系架構下，此類子系統就可以使用48V線路網絡的電力，從而間接降低車輛本身的燃耗，而與48V系統平行存在的12V系統則可繼續負責車輛的基本負載用電要求。

　　作為奧迪首款量產48V車型，2017款SQ7采用了法雷奧提供的電動超級增壓器（如圖所示）。

　　為了讓自己的產品在2017年率先登陸量產車型，各家供應商都已使出全力。大陸集團宣布，雷諾Scenic MPV將搭載自己的48V電系產品（及e-turbo）；法雷奧也表示奧迪SQ7將使用其48V系統；梅賽德斯則發布消息，最近推出的系列發動機也將采用一款來自某家供應商的48V混動系統；大眾集團下的賓利（Bentley）添悅SUV將采用舍夫勒的48V電系為車輛的主動防側傾控制系統供電。

　　在去年秋天巴黎舉行的投資者會議上，法雷奧高管指出，公司已經手握超過25份48V電系的采購合同，客戶遍及中國、歐洲、印度與韓國；大陸的混合動力事業部總監RudolfStark表示，公司已經開始籌備48V系統的量產，屆時將同時支持汽油和柴油車型，客戶遍布北美、歐洲與中國等地區。Stark先生也同時預計，到2025年，全球20%的新車均將配備48V系統。

　　奧迪eROT動態底盤控制系統是未來車輛眾多正在研發中的“用電大戶”之一，需要48V系統的支持。

　　此外，未來還將出現更多圍繞48V電系打造的創新技術。奧迪（Audi）的eROT（機電旋轉）懸架阻尼器就將采用通過車軸上的48V電池供電，替代傳統的液壓沖擊阻尼器。此外，這款設備可以充分回收阻尼器壓縮與回彈過程中產生的熱量，絕不放過每一丁點可以回收的能量。

　　奧迪的工程師認為，“用電大戶”eROT系統可以協助車輛每公里減耗約0.7L。另外，傳統的阻尼器會產生廢熱，而相較之下，eROT系統產生的能量則可以用于其他汽車功能。據了解，該系統預計將于2018年進入量產，為車輛提供大范圍的壓縮回彈支持優化，并同時保證車上人員的駕乘體驗及操控感。

　　BMW的汽車電氣化戰略發展示意圖。我們可以看到，未來車輛對功率的要求將越來越高。

　　系統成本500美元

　　在2015年SAE 混動&電動汽車研討會上，福特動力總成亞太總監Mazen Hammoud博士指出，盡管無法提供真正的純電動駕駛功能，但48V BSG型混動系統“在制動能量回收方面的表現更加平衡，性能也更佳，回收比例高達約60%。這將為車輛的啟停系統提供有力保障。”

　　Navigant Research公司資深研究分析師Sam Abuelsamid表示，48V技術的最大優勢可能在于，這種系統的成本絕對“劃算”，僅用全混動系統約30%的成本即可提供后者70%的優勢。Abuelsamid指出，“在持續減少燃耗與排放方面，48V電系是目前性價比最高的解決方案之一。”

　　現代汽車（Hyundai）替代燃料車輛工程總監Byung Ki Ahn博士也同意這一點，他向《汽車工程》表示，“48V電系的成本優勢具有極大的吸引力，每個系統大約只要500美元。”

　　Ahn博士解釋道，48V電系的燃油經濟性提升“的確不如純混動系統，但在滿足各種政府規定方面還是劃算的。”他說，“我們現在已經有了很多混動車型，但這些混動車型也無法滿足所有的標準與法規，比如一些電動車強制規定及歐盟要求的每公里CO2排放不得超過95g的規定等。我們必須嘗試所有的可能型，在這個意義上，48V也是我們的可能選項之一，這也正是我們正在進行的工作。”

　　目前，Ahn博士及其同事不得不面臨更大的政策挑戰，其中包括更加嚴格的WLTP（全球統一輕型車輛測試程序）要求。具體來說，新WLTP要求在目前12V啟停系統實現的減排基礎下，繼續將CO2的排放降低二分之一，這比當下NEDC （新歐洲行駛循環）規定更加嚴格。不過對于供應商和汽車廠商來說，好消息是48V BSG系統將幫助他們滿足如今更加注重真實駕駛環境的循環測試要求。

　　電池供應商已經開始研發48V系統專用的模塊化儲能解決方案。圖為JCI公司專為48V電系打造鎳鈷錳酸鋰（Li-NMC）電池。

　　專家猜測，未來非插電式混動車輛將受到48V系統的沖擊最大。JCI公司的Wright認為，48V電系“憑借優異的成本與性能優勢，將給未來所有的混動車輛帶來挑戰。”

　　未來，各家廠商還有意推出成本更高，但功能將進一步提升的48V電系。多家供應商已經開始研發采用P1至P4拓撲結構的產品。具體來說，在P1結構下，車輛電機位于曲軸前端；在P2結構下，車輛電機位于發動機與變速器之間；在P3結構下，車輛電機位于變速器后方；在P4結構下，車輛電機位于車輛后軸。混動汽車事業部總監Juergen Wiesenberger表示，大陸與舍弗勒聯合開發的P2型48V電系可為車輛提供50km/h的最高車速，車輛的節油表現高達25%。

　　2017款雷諾ScenicMPV采用了雷諾與大陸合作研發的48V電系、硬件設備（見右下小圖e-motor）及控制系統。

　　“大生意”

　　目前，供應商希望廠商能夠直接在向自己采購完整的48V系統，而不是在這家買個電機，又到別家公司買個直流轉換器。因此，各種完整48V系統應運而生。目前，法雷奧已經擁有多款48 V產品，包括基于48V BSG系統的基礎款Hybrid 4 All；增加了電動超級增壓器的e4Boost；以及在2016年巴黎車展上發布的增加了48V電動后輪驅動的e4Sport等。為了降低系統成本，法雷奧公司還將在2017年推出一款新的風冷BSG系統。

　　多位項目負責人在接受《汽車工程》采訪時普遍表示，48V系統將成為輕混合電動車與純電動車之間的“橋梁”技術。“48V電系是當今世界通往未來插電式混動世界的過渡推進技術。”IHS分析師Mueller表示，“但這個過渡到底將花費多長時間，特別是在美國等國家的燃料價格將在未來較長時間內持續保持低位這一市場背景之下？我們只能說，廠商將竭盡全力，在每個階段達到這一階段的法規要求。”

　　GKN傳動系統全球產品技術副總裁Ray Kuczera博士認為，“48V電系是我們通向高壓系統的‘橋梁過渡’技術。”他說，未來工程師“可能會利用48V電系為車輛后軸提供升壓，具體就是給車輛增加48V電機和電池，為車輛提供‘航行’功能、額外的電力供應，當然還有一些能量回收功能。這是一項值得關注的技術，可以優化我們的車橋產品，因此我們可能成為48V電系的二級供應商。”

　　GKN公司業務發展主管Jochen Weiland認為，供應商一直在為延長內燃機型推進系統的使用壽命而進行多種努力。很大程度來說，48V電系也是在各家供應商的推動下發展起來的。Weiland表示，“正是出于這個原因，博格華納、舍弗勒和大陸集團等供應商才一直努力推動48V系統的發展。在48V系統的保證下，他們就可以為自己的內燃發動機產品增加更多功能。”

　　博格華納首席技術官Chris Thomas還認為，“我覺得48V電系不一定非得是當今混動車輛通向未來高電壓電動車的‘橋梁’。一些汽車廠商也可能選擇為旗下所有發動機和內燃機系統配備48V電系，而后僅推出少量混動車型以履行公司的CO2減排義務、滿足CAFE標準要求。”

　　Thomas曾在去年11月份表示，對于博格華納而言，快速崛起的48V電系代表著“一個巨大的商業機會，目前已經有3家不同廠商希望我們能在今年年底建成48V系統生產車間。”

　　作者：Lindsay Brooke

　　來源：SAE《汽車工程國際（AEI）》雜志

　　翻譯：SAE 中國辦公室