48V电气系统 更高电压级别

 现代汽车对电源的要求日益增加，12V电气架构正被推向极限。因此，48V将可能是未来的标准系统。这不仅打开了创新的机会大门，而且创造了满足更严格碳排放目标的平台。

儒卓力ABU负责人Uwe Rahn

全球道路交通的碳排放新限值即将出台(参见下框)。但是，汽车电气化不采用技术创新的话，根本无法实现这些目标，而最近国外一家著名车厂造假的碳排放丑闻，使得大众更加担心这个现实。解决方法是采用高性能的混合驱动。汽车制造商到2021年前必须实施混合驱动，否则将因无法遵守规定而面临高额罚款。

汽车制造商碳排放限值

欧洲 (NEDC)

§2015: 130g/km

§2021: 95g/km (柴油车：3.6l/100km，汽油车：4.1l/100km)

§2025: 75g/km (预测)

§2019年后无法遵守规定应缴纳的罚款: 95欧元每克/公里

美国(温室气体)

§2016: 156g/km

§2025: 102g/km

§未遵守的处罚：禁止注册

中国 (NEDC)

§2016: 164g/km (正在讨论中)

§2020: 119g/km (正在讨论中)

日本(JC08):

§2015: 146g/km

§2020: 117g/km (预测)

48V部分电气系统

实施混合驱动的基本要求是采用48V电气系统。12V发电机不再能够满足数量不断增长的汽车消费者产品的要求。48V电源能够采用截面面积更小的电缆，有助于减少产生的热量和潜在的损耗。此外，电流水平相同时，性能提高4倍。这要求使用其它组件，如转换电压的DC-DC变换器，及第二电池。

要从目前的12V完全转换到未来的全48V系统，在目前是不可能的。这将涉及改变所有电子系统和致动器，如气囊或发动机控制器。为了继续使用低功耗部件，许多供应商目前还保留12V电气系统。利用变换器，这两种网络都将连接。对应的是必须采用连续功率输出高达4kW，效率至少96%的12V/48V双向变换器。被动空冷可确保最高效率。

此外，新的核心部件是48V电池。在这一领域中，新技术的开发一直突飞猛进，例如，锂-硫或锂-空气电池设计。它们的初步目标是改善充电容量和能量密度。尽管存在价格压力，但是，这些电池预期使用寿命长，并且非常坚固，例如，在车祸中不会损坏。

轻度混合动力系统

据VDA报道，到2020年，大约400万辆汽车将装备48V部分电气系统;2026年，这一数据预期将增加到大约1000万辆，全球大约每十辆汽车就有一辆是，其中大多数是轻度混合动力型号。与全混合动力型号相比，它们未设计充电功能，并且电机本身无法驱动汽车。除提供启动帮助以外，启动发电机还充当制动能量换热器，给电池充10kW电，从而降低碳排放。此外，利用换热能量，还可以使汽车无排放运行，实现主动发动机关闭滑行(亦称为航行)。根据测定指南和开车风格，碳排放减少量可高达12%。同时，滑行大幅降低了车内噪声和振动，提高了驾车乐趣。换热能量还可以用于碳中性电动增压(e-boost)功能，即超车时，电机提供临时的额外加速。

这些技术甚至还可以进一步实现消耗降低，例如，开发高度自动化和全自动化驾驶解决方案。

为了降低12V电气系统的负荷，一开始在48V部分电气系统中集成前挡风玻璃加热器以及辅助设备(如水泵、油泵和燃油泵)、转向辅助、HVAC控制(发动机控制)和PTC加热器将比较明智。后者对混合动力汽车尤其重要，因为电机不会产生用于发动机加热器和汽车内部的废热。将于2016年年底推出的电气动态稳定性控制，也是48V应用必须的。

但是，最重要的决定性因子是充电器。例如，充电器使发动机规格变小，从六缸减为四缸，从而在降低二氧化碳排放中起主要作用。明年将出现装备两个废气涡轮增压器和不超过两个电动压缩机的客车。

新要求

48V系统的电压更高，要求汽车采用与检查规则一致的全新架构。峰值电压必须限制在60V，过压保护和欠压保护是必须的，以为了防止对网络中其它消费者产品的不良影响。必须安装采用新绝缘技术的电缆，以抵消由此造成的间隙和爬电距离。还需要非常特殊的连接器配置，用于连接更高的电压。在这种情况下，千万不要忽略总体系统。

从部分系统至全48V电气系统

在接下来的15年内，将逐渐转换为更高电压系统;全48V电气系统汽车预期大约在2030年出现。如果这种部分系统仍然保留，为了满足新消费者产品对更高功率的要求，电缆截面积规格将必须增大4倍。鉴于所需空间和重量(大约10 kg)明显增加，从而碳排放也明显增加，这将是完全不能接受的。成本因素也十分重要：如果电动压缩机与12V系统连接，大约3kW的输出将导致250A以上的电流。采用标准部件时，这是不可行的。但是，可以采用48V系统电动压缩机及大约4kW输出。

由于半导体部件进一步迅速发展，未来大多数消费者产品逐渐装备48V技术将是可能的：

短期 ->具备新8V功能的高性能消费者产品：

o前挡风玻璃 ( 1.5 KW )

oPTC ( 1.2 KW )

o电动压缩机/ 充电器 ( 3.5KW )

中期 ->更大功率要求的12/24V消费者产品转换

o电动转向 ( 1 KW )

o动态稳定性控制 ( 3 KW )

o发动机风扇 ( 1.5 KW )

o灯 ( 外部)

长期 -> 所有12V应用(包括背光加热器)转换为新电压级别

这些电气消费者产品可以开启，并且不会磨损，确保其仅在实际需要时才消耗能量。如果采用了需求为导向的控制策略，碳排放将减少大约10%。

高压车载电源的开发继续发展;在可以预见的未来，快速充电器系统将推出800V以上电压。它们将能够在30分钟内消耗足够能量，仅利用电力行驶大约400 km。

据一级供应商公司预测，由于采用48V电气系统、混合动力技术和各种其它措施(如重量轻的结构)，汽车制造商可以降低汽车的燃油消耗量，最多可达25%。

技术推动力

因此，一级和二级供应商将是许多新技术新系统的主要开发者。特别是，德国制造商在这方面一直位列前沿，例如，博世(Bosch)开发了各种类型的发动机，全球市场领先公司博泽(Brose)开发了电动窗调节器电机应用或座椅调节系统电机，而风扇电机专家ebm-papst也开发了相应产品。亚洲制造商另外提供了广泛的创新。电机制造商日本电产株式会社(Nidec)的最新开发成果包括电动转向电机和高达750W冷却风扇应用。日本电装株式会社(Denso)为汽车工业提供了范围广泛的高效技术、系统和部件。美国公司Johnson Electric是前灯步进电机及冷却风扇和空调系统电机的世界领先供应商之一。然而，电动车目前最大的市场在法国。

与高电压混合动力汽车相比，客车引入其它电压级别，提供了前景很美好的优点。一方面，有机会实现颇有吸引力且成本合理的碳减排。另一方面，可以实施目前12V设置技术上不可行的功能。这些包括电动涡轮增压器、空调压缩机及操作与发动机速度无关的各种泵。这意味着可以根据车辆状况，有效地控制负荷，打开或关闭负荷。驱动能力得到显著提高后，驾驶员将能体验到这些功能。

就传动系统集成而言，48伏电压级别会比高电压混合动力更易实施，同时现有的传动系统理念亦得以保留，从而预期开发周期更短。作为实施过程的一部分，汽车制造商和供应商目前非常重视部件和系统开发及系统集成和验证。

总体系统的优化是这方面的关键因素。它要求涉及的所有供应商和合作伙伴密切合作和沟通。供应商和儒卓力汽车业务部等合作伙伴正向前推动它们的发展。