這次我們的主題是汽車48V系統，包括48V車載電氣系統以及48V輕混系統(48V mild hybrid system)。

奔馳先生發明第一輛內燃機汽車的時候，車上并沒有蓄電池，也沒有電氣設備，車子也非常簡陋。

第一輛量產汽車就是這樣-Benz Patent-Motorwagen

1918年汽車首次引入了蓄電池，隨著起動機的誕生，1920年蓄電池獲得了廣泛應用，當時蓄電池的電壓等級是6V，并且正極接地。由于內燃機排量的增加以及高壓縮比內燃機的出現，6V蓄電池已經不能滿足功率需求，1950s電壓等級開始向12V進化，一直到現在，12V電壓系統已經統治了60多年。

1988年，SAE（Society of Automotive Engineers）提議把標準電壓提高至42V。由于當時的技術水平，以及電氣零部件替換的高昂費用，汽車企業并沒有積極推進實施，即使隨著電氣設備的增加，電池已經不能滿足車身設備的功率需求的情況下，汽車企業采取了切斷大功率負載的方法來降低電池的負荷。42V并沒有得到推廣，至今汽車依然是12V系統。

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48V系統的提出

12V電壓系統在引入啟停機構之后，基本已經達到了功率輸出極限，如果在12V電壓下引入輕混系統，功率需求在10kW~15kW左右，這樣的電壓下電池的輸出電流高達1000A，顯然行不通。

2011年，奧迪, 寶馬, 保時捷, Volkswagen, Daimler聯合推出48V系統，以滿足日益增長的車載負載需求，更重要的是為了滿足2020年嚴格的排放法規。并在隨后發布了48V系統規范LV148。

LV 148規定的電壓范圍

至于為什么選擇48V：

1.技術進步通常以指數形式增長；

2.60V是安全電壓，也就是說只要低于60V的電壓不需要采取額外的安全防護措施，48V電池的充電電壓最高56V，已經很接近60V，即48V電池電壓是安全電壓下的最高電壓等級了。

各國排放目標

在排放法規中，歐盟要求最為嚴格，到2020年百公里油耗要降至4L，每公里二氧化碳排放低至95g。顯然單純靠提高發動機的燃油效率達到排放目標基本是不可能完成的任務，汽車混動化，純電動化是最佳技術路線了。

純電動化雖然是汽車的終極目標，但是由于高成本以及續航問題，無法在短期內大量普及。

48V輕混系統相比高壓混動系統而言，成本更低，卻可以達到高壓混動系統（電池電壓>100V）大部分節能效果，按照德爾福的測算，48V輕混系統是高壓輕混系統成本的30%，能達到高壓輕混系統70%的節能效果。

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48V輕混系統的優點

1. 低于60V安全電壓，不需要采取額外的電壓防護，相對高壓混動系統，成本更低；

2. 相對于12V系統，相同功率下工作電流只有1/4，損耗只有12V系統的1/16；

3. 由于BSG/ISG的電功率輔助，可以進一步縮小發動機的體積，進而降低排放；

4. 可以將傳統發動機上的高負載附件電動化，比如空調壓縮機、冷卻水泵、真空泵等，降低發動機的負載，即使在發動機關閉的情況下，這些設備也能工作；

5. 將車載電器工作電壓提升到48V，可以進一步降低損耗，同時可以降低線束外徑；

6. 可以支持更大功率的車載設備。

7. 可以渦輪電動化，進一步提高發動機的效率，并且不會有渦輪增壓器延遲現象；

8. BSG/ISG點火時間更短，更低噪音和更小震動。

9.48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator，無需大幅更改設計即可配套。

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48V輕混系統的缺點

1. 電壓的升高，電磁兼容要求會更高；

2. 48V電壓下會存在電弧，是風險隱患，需要處理；

3. 原來的12V車載設備遷移到48V需要重新開發以及測試，代價巨大并且周期長；

4. 比12V start-stop系統成本高，節能效果不如高壓混動系統。

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48V系統技術方案

48V輕混系統并不是直接將系統標準電壓直接提至48V，而是保留了原來12V電氣系統，增加了一套48V的輕混系統。

48V輕混基本構架（from delphi）

48V系統: 12V系統的升級

48V輕混系統電氣構架

48V輕混系統可以看成是12V啟停系統的升級版，增加了48V儲能電池、48V/12V雙向DCDC、48V BSG(belt-drivenstarter generator)/ISG(intergrated starter generator)、電動增壓器（可選配置）、電池管理系統。

根據BSG的位置可以分為：

48V BSG+P0

BSG處于P0位置（位于發動機的前側），這種布置對整車改動最小，只需用BSG替換傳統的起動機，并且可以卻掉傳統的發電機。但是BSG無法和發動機分開，在能量回收階段，即使關閉噴油系統但發動機還在運轉，發動機的拖拽阻力直接減少了可回收的能量。NEDC工況下， 可以減少13%的二氧化碳排放。

48V BSG+P2

BSG/ISG處于P2的位置（位于發動機與變速箱之間），能量回收階段可以徹底斷開發動機，進一步降低25%左右的二氧化碳排放。并且可以實現純電驅動，但需要雙離合使電機能與發動機以及變速箱分離。BSG在P2位置可以進一步升級成ISG，去掉皮帶的傳動，集成度更高。

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48V輕混系統工作模式

自動啟停(START/STOP)：等紅綠燈，車輛靜止狀態下，發動機處于關閉狀態，48V大容量電池利用存儲的能量維持車載電氣的正常運行，發動機可以隨時快速啟動。

能量回收(RECUPERATION)：能量回收可以將動能轉化為電能，并存儲到電池中。僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗。

動力輔助(BOOST)：混動系統可以減小發動機的排量，在提速階段，電機的輔助動力能彌補發動機動力的不足，實現不損失動力的情況下降低排放。

航行（SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING)：在車輛恒速運行，并且電池電量充足的情況下，關閉發動機噴油系統，依靠電機來維持車輛運行。電機提供的動力用來抵消行駛阻力以及發動機的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航階段，電能充足的情況下，可以徹底分離且關閉發動機，僅靠電機保持車輛巡航。當再次踩下油門踏板，發動機會迅速啟動，平滑切入到當前車速。

滑行(COASTING)：在松開油門，車輛處于滑行階段，離合器分離發動機和傳動系統的機械連接，徹底關閉發動機，實現更長的行駛距離。相當于傳統車輛空檔滑行，只不過傳統車輛在切換到空檔滑行之后，發動機轉速在降到怠速時依然需要噴油來維持發動機的運行。

P0構架（BSG位于發動機前側）工作模式

P2構架（BSG位于發動機和變速箱之間）工作模式

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48V系統核心零部件供應商

博世（Bosch）

博世提供了48V系統的整套解決方案：BRS系統（Boost Recuperation System），并計劃2017年量產。相信國內大部分主機廠都會傍它了。

Bosch BSG方案

? 風冷爪極電機，集成驅動器和風扇

? 最高效率88%

? 啟動轉矩：最大56Nm（換算到曲軸上大約160Nm）

? 能量回收輸出功率: 最大11.5 kW @ 48 V

? 電動模式機械功率輸出：最大9.7kW @ 48V

? 重量： ~ 8.5 kg

? 尺寸 [? x L]： 148 x 169 mm

? 48V/12V雙向多相buck-boost DC/DC Converter

? 最高效率(≥ 96%)

? 額定電壓：48/12 V

? 額定電壓下連續輸出功率：3kW

? 重量：2.7 kg

? 尺寸： 220 x 183 x 75 mm

2016年5月21日，FIA Electric, New Energy Commission, German Motorsport Association (DMSB)在柏林聯合發布采用博世BRS系統的卡丁車，裝備2臺BSG，總功率20kW，百公里加速不到5秒。可以認為這是博世對明年進行量產的BRS系統進行的應用測試。

大陸（Continental）&舍弗勒（Shaeffler）：

雖然舍弗勒并購大陸失敗，但當前仍然持有大陸46%的股份，所以大陸和舍弗勒在48V輕混系統的合作也順理成章。

大陸和舍弗勒的48V系統稱為GTC（Gasoline Technology Car），目前已經開發到了第二代。

GTC I采用P0構架，能降低13%的二氧化碳排放

GTC II與福特建立了緊密的合作關系

GTCII基于P2構架的整車布局

GTC II基于P2構架的BSG

第二代GTC II采用了P2構架，將BSG集成在發動機和變速箱之間，兩個離合器，可以將發動機與傳動系統徹底分離，也可以電機獨立驅動。在航行/滑行階段可關閉并分離發動機，以實現更長的滑行距離和回收更多能量。GTC II可以降低25%的油耗。

大陸&舍弗勒GTC系統

按照大陸&舍弗勒的計劃，2016年投產GTCI，2020投產GTCII，2025年將GTCII中的BSG升級為ISG，取消皮帶，電機升級為永磁電機（目前采用的是感應電機BSG）。

德爾福Delphi

德爾福當前推出的是基于P0構架的48V BSG系統，并在本田Civic 1.6L柴油車上進行了驗證，降低二氧化碳排放超過10%。

德爾福48V系統測試樣車

2016年4月，德爾福宣布已經和2個客戶達成合作，并計劃在2017年量產48V系統。

德爾福48V系統

法雷奧（Valeo）

法雷奧為48V輕混系統提供了核心零部件，包括48V電動增壓器、BSG、離合器、DCDC。

法雷奧的48V系統核心部件

AVL:

AVL提供了48V系統解決方案，做整個系統集成，并提供標定、控制策略以及樣車試制服務。

AVL測試樣車

AVL的系統集成服務

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48V系統電池

和純電動類似，48V輕混系統方案基本采用鋰電池作為儲能動力電池，江森自控、日立、SAFT、A123等均推出了針對48V輕混的專用電池。

2016年4月20日，日立發布的48V系統鋰離子電池

江森自控48V鋰離子電池

SAFT的48V鋰電池，最大輸出功率13kW

除了鋰離子電池，European Advanced Lead-Acid Battery Consortium (EALABC) 也在積極推動高功率密度鉛酸電池在48V系統中的應用，鉛酸電池成本更低，且廢舊電池可100%回收。在-30度也能正常工作，不需要主動散熱，并且不需要昂貴的電池管理系統。鋰電池功率密度高，但低溫特性非常差，額外需要熱管理系統來保持適宜的工作溫度，另外還需要復雜的電池管理系統。

EALABC正在和AVLSchrick, Controlled Power Technologies, East Penn, Exide, Faurecia, Furukawa,Innovate UK (previously known as the UK Technology Strategy Board), Mubea,Provector, Ricardo, University of Nottingham, US Department of Energy, Valeo合作，推動高功率密度鉛酸電池在48V系統中的應用。

搭載鉛酸電池的48V系統測試樣車

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48V輕混系統未來

除歐洲車企積極推動之外，福特，現代，起亞也表示會開發48V的車型，通用表示會在適當的時候引入48V系統。

國內，吉利、一汽、比亞迪、長城確認要引入48V系統。

歐洲是未來48V系統的主戰場，歐洲車企以及零部件供應商比較樂觀，推動非常積極，如果歐洲推廣順利，相信中國也會緊隨其后。

根據IHS預測，2025年48V系統裝車量1100萬輛

IHS預測2025年48V輕混和高壓混動將平分天下

當然這是非常樂觀的預測。一方面有排放法規的推動，另一方面有低成本優勢。