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之前小星撰写的文章中曾经提到，曾有权威行业分析机构评估，48V在汽车行业的推广将依靠两大推动力。一个是奔驰，另一个就是中国车企。如今奔驰已经发布了对应的模块化发动机平台，就看中国车企后续动向如何。如今先是长安在2016年年底发布了如题图的逸动蓝动版48V混动车型进行试水。2017年2月又爆出新闻A123所属的万向新能源公司与上汽通用签下10亿美元的订单，提供总计260万套的48V锂电池供货。这些都无疑预示着中国车企推动下48V中国时代将近。无独有偶，A123的一篇SAE论文揭露了更多的技术细节。随着小星一起来了解一下吧。 ↑来自A123的48V锂电池（来自A123官网） 现在如果你去搜索A123的官网的话，就会发现其目前提供的48V锂电池（如上图）为8Ah级别磷酸铁锂LFP锂电池。瞬时输出功率为15kW。具体可见如下参数规格。 ↑A123的48V锂电池参数规格（来自A123官网） 而在A123发表的SAE美国汽车工程协会的相关论文《高功率锂电池在下一代48V弱混车型中的发展空间》中，其提出了更高的25kW高功率48V锂电池在全新弱混MHEV（Mild Hybrid Electric Vehicles）架构中将扮演着更关键的角色，大幅提升节油效果。其具体包含电池工艺革新和电源架构优化两大方面。具体如下 电池工艺革新 ↑不同锂电池工艺的电池电量和输出功率对比（来自A123 SAE论文） 混合动力车型HEV和插电式混合动力车型PHEV最大的区别就是HEV更注重电池的功率密度，也就是发动机的综合节油效果。而PHEV更注重电池的能量密度，也就是纯电行驶的续航里程。在论文中，A123提出了通过两种不同的锂电池工艺（红色曲线A和蓝色曲线B）来应对不同车型的细节需求。如上图所示，两种不同的锂电池工艺都能够提供较传统插电式混动PHEV锂电池（黑色曲线）更高的功率能量比。即同等能量下，输出更多的功率，满足48V 弱混MHEV车型节油的需求。 同时该两种锂电池工艺实际上可以灵活进行调整的。具体方法如下。 ↑不同锂电池工艺的工艺参数对比（来自A123 SAE论文） 如上图所示，两种不同的锂电池工艺都采用负极磷酸铁锂，正极石墨材料。通过相同材料但是不同的厚度控制，其可以呈现不同的工艺参数和性能。从而可以通过不同的电池工艺生产出对应的电池满足不同车型的功率密度和能量密度需求。如对比图中的绿线所示，目前A123量产的48V锂电池使用的是锂电池工艺A。未来将推出25kW级别的高性能48V锂电池，主打高功率密度的应用。 电源架构优化 更高功率密度的高性能48V锂电池推动着电源架构的优化。 ↑传统48V架构（左）和高功率电池组组成的全新48V架构（来自A123 SAE论文） 如上图所示，传统48V系统架构（左）基于皮带集成启动发电机BISG。当高性能48V锂电池和电机的功率都进一步提升至25kW的级别。皮带驱动形式成为最大的动力传输瓶颈。过大的功率最终可能导致某些工况下皮带出现打滑并且寿命缩短。通过皮带工艺的改善，此问题有希望得以解决。但是功率限制仍然存在。同时BISG电机主要功能仍限于刹车能量回收Regenerative Braking。 这些限制推动着整个48V系统电源架构朝向轴间集成动力电机Electrical Machine的全新48V架构（右）进行演进。动力电机摆脱了皮带的限制，可以更直接的回收刹车能量。同时也可以在低速时发动机不启动的情况下，独自提供驱动力Traction Power驱动车辆行驶。25kW级别高功率电池组也使更多的高负荷48V附件模块挂载成为可能。 ↑电池功率与节油效果对应关系（来自A123 SAE论文） 根据如上曲线可以看到，按照欧洲NEDC和美国FTP循环测试工况，25kW级别的高功率电池组可将节油效果推向极致。分别将节油效果提升至16%和23%的级别。 更多的高负荷48V附件 如上提到，25kW级别高功率电池组使更多的高负荷48V附件模块挂载成为可能。具体来看，整个48V架构的电源网络除了传统的48V电池，48V-12V DCDC转换模块和48V电机三大件以外，越来越多的高负荷48V附件模块增加了进来。 ↑全新48V架构的电源网络（来自A123 SAE论文） 按照如下列表具体来看，高负荷48V附件模块可能包括电子悬架系统Electric suspension， 电子空调Electric AC， 电动助力转向EPS， 电子涡轮 Electric turbo/supercharger和其他附件。总计最大瞬时功率可达25kW。 ↑全新48V架构的48V侧附件模块（来自A123 SAE论文） 应用实例 看完如上提到的，高功率48V锂电池正推动48V弱混MHEV系统架构的优化。让我们具体来看几个实例吧。 首先奔驰目前公布的模块化发动机平台中的48V系统就出现了两种系统架构。一个为如下图所示的基于48V皮带驱动启动发电机BSG的奔驰M264四缸发动机。另一个就是基于48V 轴间集成动力电机的奔驰M256六缸发动机。无疑奔驰M256发动机所配备的弱混MHEV系统架构更符合上文提到的优化后全新的48V系统构架。电子涡轮和电子空调等48V附件模块的配备提高了整个系统的电气化程度，同时降低了发动机的轴向长度。使得直列六缸的发动机排布方式时隔多年后回到了奔驰集团的当家车型。 ↑基于48V皮带驱动启动发电机BSG的奔驰M264发动机
↑基于48V 轴间集成动力电机的奔驰M256发动机
↑奔驰M256发动机48V系统配备的电子涡轮增压器 另一方面奥迪也在其高端车型奥迪SQ7中积极推行更多48V附件模块的全新48V弱混MHEV系统架构。除了电子涡轮的使用，来消除涡轮增压发动机的加速迟滞。电子主动翻滚稳定系统eAWS这种电子悬架系统的使用，进一步提升了用户的使用体验。高功率48V锂电池使得此类高负荷电子附件模块的使用成为可能。
↑奥迪SQ7 48V配备的电子主动翻滚稳定系统 再来看国内车企，长安逸动蓝动版48V弱混MHEV车型所配备的48V锂电池也来自于A123。其放置的位置位于后背箱的备胎槽内。采用风冷的方式进行冷却。从体积上可以看到，其占用体积要比传统的全混合动力HEV车型的电池要小很多。48V锂电池在不占用过多后备箱容积的情况下，提供了不错的节油效果。不过目前长安逸动蓝动版仍基于皮带集成启动发电机BISG传统48V系统架构。期待后期配备全新48V系统架构车型的推出。
↑长安逸动蓝动版48V系统配备的A123 48V锂电池（来自汽车之家） 实施方案与措施 48V弱混MHEV系统中车辆电气化的加强和功率电子器件的更多使用将成为重中之重。根据IHS的行业报告及英飞凌半导体2017年Q1财报相关资料，在传统发动机ICE对应的每车平均339美元功率电子的基础上，48V弱混系统的DCDC转换器和电机加附件模块会使总成本小幅提升至415美元。随着插电式混动的应用，则会将成本翻倍至712美元。其中DCDC转换器，高压逆变器，车载充电器将成为成本增加主力。对应的纯电动车型减去了发动机和对应的功率电子，但高压功率电子部分也随之上涨。总成本和插电式混动相当，达到705美元。 因此48V弱混MHEV系统将在有限的成本增加（从339美元到415美元）的情况下，提供不错的节油效果（如上提到的16%~23%的改善）。
↑新能源电控系统成本增加对比图（来自英飞凌半导体2017Q1财报公开信息 http://www./atv-call） 英飞凌半导体发布于EETIMES的文章《Infineon's Secret Weapon: Dresden Fab, 48V Car Battery》中重点提到，未来应对越来越严格的节油要求将出现两种不同的应用方案。对应中小型车型成本压力较大，且本身节油差距较小。48V弱混MHEV系统将成为主要解决方案。针对中大型车型，成本压力相对较小，但节油差距较大，插电式混动PHEV将成为主要方案。对应的不同级别的功率电子器件将被普遍应用来提到车辆的电气化程度。从而解决相应的节油问题。
↑不同车型的节油方案（来自英飞凌半导体发布于EETIMES的文章） 综上所述，更高功率密度的高性能48V锂电池推动着48V弱混MHEV电源架构的优化。25kW级别的48V锂电池使得基于轴间集成动力电机和挂载更多高负荷48V附件模块的全新48V电源网络成为未来趋势。而相关电气化的提升离不开功率电子器件的更多使用。A123与上汽通用签下的这份高性能48V锂电池的巨额订单，其关系到260万套48V锂电池的供货。上汽通用集团2016年完成的总销售量约为190万辆。也就是说该供货量将超过目前上汽通用集团一年的年销量。而再来看如上英飞凌半导体财报提到的IHS资讯机构预测，2025年全球的48V弱混MHEV车型将达到1500万辆。可见该订单看好的是48V弱混MHEV车型未来巨大的发展空间。这也从侧面预示着48V的中国时代将近。这或许是应对新能源车型国家补贴退坡的另一种行之有效的方法。让我们拭目以待吧。 |
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