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电动化已经成为全球新能源汽车发展的必然趋势。目前，以纯电动、插电混动为主的新能源汽车总体占比已经达到了50%以上。其中，纯电动车型占到了狭义新能源车总量的68%，也就是2/3纯电动，1/3插电混动。中国乘用车市场联席会秘书长崔东树认为转型新能源汽车，对中国而言是重要的新机遇点。尤其是在中国整个产业链呈现整车强、零部件弱的特点，且国家又有强大电力体系支撑的背景下更是如此。  图1：2019-2027年xEV市场展望(来源：IHS Markit) 另据国际能源署发布的《2020年全球电动汽车展望》，2019年，全球电动汽车销量达到了210万辆，上路总数增加到了720万辆。然而，即使同比增长40%，电动汽车仅占全球汽车市场的1%和全球汽车销售的2.6%，其余都是内燃机(ICE)汽车，减少二氧化碳排放和遵守政府法规的需要，促使汽车制造商开始纷纷推出48V轻度混合动力(MHEV)车型。 为什么是48V轻混？2021年，欧盟开始将二氧化碳排放量限制在95克/公里，并计划到2030年将其进一步限制在59克/公里或以上。此外，中国、印度、加拿大和英国等国家也宣布了在未来几十年逐步淘汰ICE车辆的目标。即便是在当前，中国国家强制标准要求新车每百公里油耗不得超过5.0L，也成了众多传统车厂不得不直面的一道坎。 目前看来，单靠提高发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能的，而完全转向纯电动车，不仅受限于当前电池技术无法解决续航和成本问题，还意味着弃置原有燃油车产线、人才、技术等资源，造成极大浪费。 这种情况之下，系统成本较低、节油效果相对明显、对现有整车结构改变不大的48V轻混系统成为产业新热点，从德系三强奥迪、宝马、奔驰到国内吉利、比亚迪、长城等多家车厂，以及德尔福、大陆、博世等一级供应商都是其拥趸，甚至一直以强混称霸市场的日系车企也都已有所动作。兜兜转转多年之后，48V轻混系统从被忽视、放弃又重回市场、渐成主流。 在最新的车企新闻中，奔驰AMG C43、奔驰GLC、宝马X5、国产新沃尔沃S60/XC60、上汽通用新款昂科威、别克GL6、凯迪拉克XT5&XT6 2021款、全新标致308、马自达CX-3、奥迪S6、WEY全新SUV摩卡、红旗H5等车型均配备48V轻混系统。 48V轻混系统，严格来说其实是对传统燃油车进行更深入的电气化改造，即在原有的动力基础上，增加一个48V锂离子电池、一个集成式起动发电机(ISG)或带式起动发电机(BSG)，以及一个用于48V与12V电压之间转换的双向电压控制器(DC/DC)。 ADI公司相关人士表示，为提高系统兼容性，降低推广难度，配备48V轻混系统的汽车将同时搭载48V高压电池系统和12V低压电池系统，能提供高达10kW的可用能量，其中12V总线继续负责处理如照明、点火、娱乐信息系统等传统负载，48V总线将支持主动式底盘系统、空调压缩机、可调悬挂以及电子增压机/涡轮增压机供电，还支持再生制动。德尔福、博世以及法雷奥的宣传资料均显示，48V轻混系统仅需要高压混动系统30%的成本，即可达到其70%的效果，性价比非常高。  图2：某Tier 1大厂48V轻混系统示意图 具体而言，相对12V、24V或60V系统，48V轻混系统有着如下优势： 1. 相对于12V系统，电压升高，同功率下电流更低、损耗更小，同时对线束的要求更低，更适应整车轻量化趋势； 2. 相比高压混动系统，最高电压低于60V的安全电压，无需额外的电压防护，成本优势更大； 3. 传统依靠发动机来负载的空调压缩机、冷却水泵等设备可调至电池来负载，从而有效降低发动机的负荷，并且在发动机关闭的情况下，负载仍可继续工作，更为节能； 4. BSG/ISG技术和ISG技术可助力进一步缩小发动机的体积，进而降低排放，且利用电动涡轮替代机械涡轮，还能进一步提高发动机的效率。 MHEV市场趋势展望IHS Markit定义的轻混(MHEV)其实要比市面上常见的48V略微广泛，包括12V、48V以及24V轻混。举例来说，12V的轻混，如奥迪新上市的A4和A6，采用2.0T轻混的技术路线，在IHS Markit的数据库中，该款车型就归类为MHEV。而24V的轻混，则主要以马自达为代表。 图3图4分别显示了2019-2027年MHEV市场，以及MHEV P0-P4车型电动机功率和电池容量的发展趋势。可以看出，欧洲和中国OEM厂商对MHEV车型最为青睐，而P0级则以68%的市场份额占据绝对优势。  图3：2019-2027年MHEV市场发展趋势预测(来源：IHS Markit)  图4：MHEV P0-P4车型电动机功率和电池容量发展趋势(来源：IHS Markit) 对于不同的技术路线，尤其是不插电情况下，IHS Markit大中华区轻型车动力系统及合规分析师方杰以“附加成本”作为基础评价指标，比较了主流的12伏到48伏，再到高压的技术方案。 所谓的“附加成本”，指的是对比于纯ICE车辆，从12V启停、48V P0、48V P1、48V P2，再到高压P2以及高压双电机DHT，分别所增加的物料成本。然后再通过节油率指标来进行衡量，节油率也是对比于纯ICE车辆而言，例如48V P0，预计它的附加成本，以2025年为例，可能增加2700元人民币，其带来的节油率是10%左右，从而计算出性价比，即每实现1%的节油率，成本为270元。采取这样的对比思路，参考图5右侧图表(横轴为节油率，纵轴为对应的附加成本)可以发现，从发动机启停，到较高层次的双电机DHT混动方案，附加成本与节油率之间基本呈现近似直线的正比关系。  图5：从12V到高电压，MHEV车型附加成本与节油率之间基本呈现近似直线的正比关系(来源：IHS Markit) 那是否可以完全定义为线性或是正比关系呢？方杰以图6所示为例称，如果横轴还是节油率，把纵轴改成性价比，即附加成本除以节油率，可以看到，性价比并不是完全不变的。准确的说，是在发动机启停到48V P2这一区间内，性价比越来越低，48V P2之后，其性价比开始逐渐持平。 换而言之，如果纯粹追求性价比的话，到2025年，发动机启停其实性价比最高，但是启停的节油率远远满足不了2025年单车油耗的目标值。那么，综合考虑性价比和节油率，方杰认为48V P2及以上的混动路线在中长期来看非常值得推荐，但具体采用哪种方案，主要还将取决于OEM的技术储备以及国家政策法规(例如新增的低油耗车型定义)的影响。  图6：MHEV车型性价比并非完全不变 关于48V系统的5种传言尽管前文列举了不少48V MHEV汽车的优势，但考虑到市场上仍然存在着不少认知误区。日前，德州仪器(TI)混合动力、电动汽车和动力总成系统负责人Karl-Heinz Steinmetz亲自撰文，就五个最为典型的认知误区逐一进行了回复。 误区一：48伏MHEV市场不可能再扩大了 德勤《2020年全球汽车消费者研究》(Global Automotive Consumer Study)显示，印度10%的潜在买家和德国43%的汽车买家不愿意为电动汽车支付更多的费用。但48伏MHEV恰好可以在解决里程焦虑的同时不增加太多成本，从而使消费者更愿意接近电动化未来。  图7：不愿意为自动驾驶技术和替代发动机技术再付钱的消费者百分比 误区二：原始设备制造商在向电动汽车发展的过程中会跳过48V 麦肯锡公司在其题为《REBOST：对不断变化的动力总成部件市场和供应商如何取得成功》的报告中预测，到2030年，电动汽车充电基础设施需要累计投资500亿美元(不包括电网升级)，才能支持插电式混合动力汽车和电动汽车当前的增长幅度。大多数OEM厂商都采用48V系统，因为它们只需要在车辆结构上进行一步改变，而内燃机车需要昂贵的重新设计，才能成为电池驱动的电动汽车。 误区三：48伏系统将使汽车更加昂贵 尽管包括额外电池在内的新部件成本较高，但其他方面仍有节省，包括： 减少近4公里的电缆和线束重量，因为相比12V，48伏允许更小的线规。 48V电动泵、风扇、动力转向齿条和压缩机的效率更高，从而降低了成本。 与PHEV和BEV相比，48V系统电池容量小，电池成本更低。 在保持性能的同时，用更小、成本更低的四缸发动机替换六缸发动机。 此外，还可以通过设计来管理MHEV的成本——从成本最低的P0架构(从附件传送带运行)到紧密集成的P4架构(电动机直接向车轴施加扭矩)。 误区四：48伏系统将取代12伏系统 MHEV可能会继续通过DC/DC转换器将传统的12V电池连接到48V系统上。在当前的设计中，48V系统将处理来自扭矩辅助的负载，并有助于减少启动时间，而12V系统则继续控制发动机、变速箱、处理主动安全和信息娱乐功能，从而将重新设计和相关成本降到最低。最终，高端汽车制造商将完全转向48伏系统，但这可能需要10至15年的时间。 误区五：世界现在只需要纯电动汽车 尽管纯电动汽车目前可卖给愿意和有能力更换的消费者使用，但MHEV提供了一条增加交通电气化的途径。这是一条有助于解决成本、里程和环境问题的途径，同时继续利用现有的规模经济和客户期望。 结语根据IHS Markit的预测，2025年48V轻混系统全球装车辆将达到1100万辆，在混动车中占据超过半壁江山；而在中国市场上，随着新能源补贴加速退坡，48V轻混系统将更早成为混动系统中的主流。 不过，尽管48V轻混系统改装方便，但由于48V/12V的高压差以及功率传输方式的变化，其对电源系统提出了新的挑战，尤其是如何在保持与12V系统相似的转换效率、低EMI和小尺寸的前提下，还要完全符合汽车安全完整性等级ASIL D的系统级功能安全性，实现ISO26262所要求的设计，并具备出色的恶劣条件耐受性，都是对工程技术人员提出的挑战。 |
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