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汽车48V系统的节能效果、应用成本与实施策略

发布时间:20-02-25

当前,各国车辆油耗法规日趋严苛,要求汽车产品必须不断降低油耗水平。在此背景下,48V系统作为一种有效的节能技术,日益受到业界关注。

能源和环保是全球性的重大问题,汽车作为能源消耗大户,其低碳化发展已受到人们的广泛关注。当前,各国车辆油耗法规日趋严苛,要求汽车产品必须不断降低油耗水平。在此背景下,48V系统作为一种有效的节能技术,日益受到业界关注。48V系统有两层含义,直接含义是指一种电压为48V的车⊙用电气系统,另一层含义是指人们基于该电气系统设计开发的轻度混合动力系统,本文中的“48V系统”指的是以轻度混合动力(轻混)系统为主要节能手段的、较高电压的车用电气系统。

2011年,大众、宝马、奔驰、保时捷、奥迪五大德国汽车制造商宣布联合开发48V汽车电气系统,主要应用于轻度混合动力车辆,这表明48V系统已逐渐成为车企的节能技术选项之一。其背后的推动力是日益严格的油耗及CO2排放标准和不断升级的车辆用电需求。一方面,启停技术的应用已使传统的12V系统接近承载能力的极限,而在法规约束下应用效果更好的轻度混合动力系统势在必行,这就需要承载功率更高的电气系统。另一方面,汽车产品所集成的电子功Ↄ能越来越多,12V系统已无法满足大功率电气装备的需求。由此,48V系统也就应运而生了。

本文对48V系统的发展历程、系统架构、节能原理进行了介绍,考察了其节能效果与应用成本,并对48V轻混技术与典型的重混技术进行了成本有效性的对比分析,从而明确了48V系统的特点及其定位,并结合法规升级前景和中国车企实际情况,给出了48V系统技术路线选择及实施策略的具体建议。

车用电气系统的发展

车用电气系统经历了不断发展、逐步升级的过程,期间还曾有反复,具体如图1所示。事实上当前占据主流的12▨V电气系统也是由6V系统进化而来的,最早的汽车装备的是6V铅酸电池,相应的电气系统即为6V电压。随着各种车载电气化部件的大量集成,6V系统逐渐难以满足功率需求,因此在20世纪70年代左右,车用电气系统进行了一次大规模升级,形成了现在较为普遍⿳的12V系统。

到20世纪90年代,鉴于汽车电气化程度∑仍在不断提升,美国曾试图主导一次电气系统的新升级,即推动42V系统。为此,美国SAE会议针对新标准进行了一定讨论,同时美国汽车厂商也推出了相应的产品,但是这次升级最终以失败告终。其原因主要有以下两点:其一,42V系统升级的投入产出比不理想,市场无法接受。一方面,受限于当时的技术水平,42V技术无法带来理想的更大节能效果;另一方面,当时设想以42V系统完全替换原有的12V系统,这意味着汽车上几乎所有的电子元件都要进行替代和更改,不仅技术难度极大,而且导致新的电气系统成本激增。其二,最重要的是,当时12V系统架构通过良好调制,取得了一系列进步,足以满足当时的节能环保法规,导致企业升级动力不足。当然,这次升级虽未成功,但在车辆某些部件上保留了42V功能,也为未来车用电气系统的升级提供了技术储备。

近年来,车用电气系统升级再次被提起。由于车辆电气化程度的飞速提高,各种大功率电子器件不断集成,如启停系统、电子助力转向系统、主动悬架系统、更大功率的空调系统、驾驶辅助系统、长短距离雷达等电子设备以及混合动力系统的高功率电机等。此外,为了降低油耗和排放,各种电驱动和智能控制系统将替代传统系统,如水泵驱动系统、机械驱动系统、风扇、压缩机等。这些变化都需要可以满足更高功率需求的车用电气系统,因此一些汽车厂商提出了48V系统的升级方案。例如大众、大陆、博世等进行的48V系统应用尝试,国内长安等厂商也推出了应用48V系统的车型。

与之前升级失败的42V系统相比,目前推行48V系统既有法规的现实推动、技术的有力支持,也有更大的应用价值,并且可以借鉴之前的经验教训。首先,不断严格的油耗法规使汽车厂商必须采用更多的节能技术,轻混技术就是很好的选项之一,但这一技术的前提是高电压系统,可以说法规正在倒逼车用电气系统升级;其次,48V系统通过DC/DC转换器,将高电压系统集成在原有的12V系统上,避免了大量零部件的变更,降低了技术难度和更新成本,而此前42V系统的实践为48V系统提供了宝贵的技术积累,电池技术的快速进步也〧为48V系统创造了良好的发展契机;最后,48V系统可承载◤节能效果较为明显的轻混技术,并可支持更多的电子器件及系统,车企可通过48V系统升级获得较好的回报。因此,48V系统正越来越受到业界的关注。

当然,从上述分析可知,48V系统一定不是车用电气系统升级的终点,未来随着汽车动力系统电气化程度的不断提升,以及汽车集成更多的电子信息功能,更高电压电气系统的需求是必然的。因此,48V系统从本质上带有过渡性质,这也是很多汽车厂商目前对此保持观望的根本原因,这也要求中国车企在决定是否采用48V系统时,必须经过综合的分析和有效的比较。

48V系统的基本架构

48V车用电气系统的架构如图2所示,分为12V低压线路和48V高压线路两个部分,二者之间通过电压转换装置连接。高电压系统承担动力总成、空调、底盘等大功率电子器件的负载,低电压系统则为车灯、车载电脑、显示屏等低功率负载供电。这种双电压结构本质上是将48V电压系统作为第二条电源线集成在原有的12V系统中,48V电源线仅用来支持较高功率的部件,例如大功率启停电机等,以提高节能效果。同时保留了原有的12V系统,继续为其他低功率部件供电,这样很多此前针对12V系统设计和生产的元器件,都不会受到48V系统升级的影响。这种双电压构型既能满足大功率部件的需求,又避免了大量电子元器件的重新开发,可以有效节约成本。

图1.48V车用电气系统的双电压结构

当然,双电压系统结构较为复杂,也给48V系统的开发和应用带来了很多挑战。其中最主要的是安全问题,不同电压下的电气组件同时运转,需要保证在各种工况下各自的安全性。在双电压系统中,12V系统和48V系统的地线由一个DC/DC转换器连起来。一旦发生接地失效,48V高压电流将直接通过12V零线,将对线路上的低压组件如ECU等造成严重损害,进而影响整车安全。因此双电压系统必须通过完善的电路设计,确保不同组件能够有效分离。此外还需要解决双电压系统的能量管理、电磁兼容、成本控制等问题。

需要指出的是,48V系统的正常工作电压处于36-52V之间,这个电压值的设定综合考虑了法规、成本、技术需求等多方面因素,具体如图3所示。从法规方面看,通常电压超过60V时,触电会对人体产生严重影响,因此相关法规要求汽车电气系统的电压应在60V以下。从成本方面看,如果设计电压超过60V,线束及连接器等必须设置较厚的绝缘皮膜,成本较高,同时半导体部件耐压性能提高时,成本也会迅速上涨。而以48V作为标准电压,可确保峰值电压在60V以下,并且之前为42V系统开发的部件也可以得到有效的利用。从技术需求方面看,汽车电器中的电流通常为100A以上,由此48V系统可以轻易提供10kW以上的总功率,满足现阶段包括BSG(Belt-Driven Starter Genera└tor)电机在内的大部分车载电器需求。总之,过于接近60V安全线的电压设定会导致成本激增,并受到法规挑战;而较12V提高不大的电压设定,满足新增功率需求的潜在空间太小,升级价值不高,也没有意义。因此,在本轮汽车电气系统升级中,48V系统成为可供选择的较好解决方案。

48V系统的挑战

由于结构的复杂化,在48V系统的开发和应用中,也带来了诸如电器安全、电磁辐射、电池管理等挑战。

首先是电器安全问题,车辆电气系统工作中,不同电压的组件同时运转,这些电气组件都需要保证在各种工况下的安全性。双电压系统中,12V系统和48V系统电路由一个DC/DC转换器连起来。如果发生接地失效,48V高压电流将直接通过12V零线,高压电流将对线路上的低压组件如电控单元等造成严重损害。因此实现完善的电路设计,使双电压系统组件得以分离是重要挑战之一。

同时供电电压的升高也导致电磁兼容要求的提高。相比于12V系统,48V系统产生的电磁波强度更大,强电磁辐射可能干扰车载电子设备间CAN通信的正常运行,影响行车╩安全。48V系统主要电磁干扰源为DC/DC转换器和驱动电机及其控制器。在整体布置中,整车控制器、制动控制器等关键系统应尽量远离干扰源,并注意高压线束的选取和布置方式,对于强干扰源可采取屏蔽措施,以满足电磁兼容要求。

此外,48V系统多采用锂电池作为储能设备,其相比于铅酸电池和镍氢电池具有较高的能量密度和较好的充放电性能。为了达到电动汽车使用的功率、电压要求,一般会将单体电池进行串并联组成电池组。在48V系统工作过程中,电池组会进行频繁的充电和放电。由于电池组由单体组成,各电池单体绝对的一致性有所差异,需要依赖电池管理系统进行整体监测和管理,防止电池组中个别电池充电状态与其他电池产生过大差异,甚至进入深度放电状态而影响电池组寿命。

总体上,虽然48V系统的应用面临了一些挑战,但相比高压系统技术难度相对较小。目前也出现了很多整体解决方案,正逐步达到应用水平。

48V系统的节能原理

相比于现行的12V系统,48V系统具有较高的节油潜力,其节能原理主要有三方面:一是通过所集成的轻度混合动力系统来实现节油;二是提高系统电压可相应地降低电流,进而降低导线和电器的功率损耗;三是可以有效支持多种车载电器附件的升级。

近年来,混合动力技术正快速得到发展,而基于48V系统的轻度混合动力方案,可以突破传统12V系统下3kW交流发电机的功率限制,有效提升节能效果。如图4所示,典型的48V轻度混合动力系统通过集成一个10-15kW的BSG电机,可以实现启停、制动能量回收、加速辅助等功能。此外,在48系统功率充足的情况下,还可对车用电器进行更精细的控制,以进一步提升其性能。而12V系统只能应用小功率电机,一般实现启停功能就已经接近其极限了。

与此同时,电流损耗的节省也很可观。在相同功率需求下,系统电压越高,☞电流越小,造成的功率损耗也就越小。在等功率下,48V系统的电流应为12V系统的1/4,相应的功率损失只有1/16,包括导线、电子电器、开关等系统部件的损失都有影响。同时,较小的电流意味着可以采用较细的电缆,从而使电器系统的成本和重量都得到降低。

进一步地,48V系统的高负载能力也给其他电器附件带来了升级的空间,而类似高性能空调这样的新一代电器附件,已作为“循环外技术”纳入中国油耗法规,可在燃料消耗量核算时获得一定的优惠额度。表1列出了在48V系统下可以进行升级的部分高负载电器附件及系统,主要分布在底盘、动力总成、空调和车身系统等。当然,这些电器附件及系统的升级在带来性能提升的同时也需要成本投入,是否升级应由企业根据自身情况分别考虑。但是无论如何,48V系统都为这些电器附件及系统进一步提升赛车微信群 性能提供了平台和可能。

节能效果研究

目前48V系统尚未得到广泛应用,直接考察其节能效果有一定难度。但通过上文对48V系统构型及其节能原理的分析可知,48V系统最主要和基础的节能效果来自于其搭载的轻度混合动力技术。因此,以BSG轻混技术的节能效果作为48V系统的参考值是较为可行的研究方法。

针对不同混合动力技术的节能效果,国内外多个研究机构开展了大量研究,其中以美国国家研究委员会(Nati┖onal Research Council,NRC)和美国环保署(EnvironmentProtection Agency,EPA)的研究最为典型。本文对NRC和EPA的研究成果进行综合考察,确定48V系统的节能效果。

NRC对乘用车节能技术进行了系统研究,研究对象包括发动机技术、轻量化技术、变速器技术、电动化技术等,其中混合动力技术包含在电动化技术中,并按照混合度的不同分别进行了分析。图5为轻混系统节能效果的分析结果。NRC认为启停系统将带来2.1%的节能效果,在此基础上,轻混系统的加入将进一步带来6.5%的节能效果。综合来看,NRC╤认为轻混系统可实现8.6%的节能效果。

EPA则对混合动力技术进行了分车型研究,其研究结果表明轻混系统的节能效果约为8.5%-11.6%,且随着车型增大,节能效果略█有减小。

可以看到,两家权威研究机构给出的轻混系统节能效果为10%左右,考虑到48V系统的节能还包括电流损耗降低、电器附件性能提升等其他因素,其综合节能效果有可能达到15%左右。近期大陆集团与福特汽车合作开发的最新48V系统车型披露节油效果为14.7%,与上述分析判断吻合。因此,本文确定48V系统的节能效果约为10%-15%,并以此进行后续分析。

表1.EPA关于不同车型轻混系统节能效果的结论

需要特别指出的是,如果48V系统搭载中度混合动力技术,其节能效果将进一步提升。但是对于中混而言,48V系统的功率承载力又将不敷使用,难以获得理想的节能效果,因此这种技术方案的性价比较低,且开发周期也较长,不宜成为车企的技术路线选项。对此后文将做详细分析。

应用成本研究

(1)成本增长点研究

成本方面可采用常用的相关成本增量法进行估算,即先分析新技术改变了车辆的哪些系统,确定成本增长点,再考虑各增长点发生的成本变化,获得总体的技术应用成本。

48V系统引入BSG轻混技术后,汽车动力系统、电气系统等受到影响。EPA在2012年对一款36V BSG轻度混合动力汽车进行了拆解,考察了其从系统、子系统、组件、零件直至不可分割级别的变化,综合材料成本、劳动力成本、装备成本等,得到了成本增量数据。参考EPA的工作,可以得到BSG混合动力系统的主要成本增长点,如表3所示。其中成本变化较大的是电机系统、电力供给系统、线束与控制系统,其余系统的影响相对较小。

表2BSG系统主要成本增长点

(2)成本分析

对上述各成本增长点展开进一步分析,以EPA对36V系统的拆解研究和各系统的成本数据为基础,按48V系统的情况对相应的成本进行合理缩放,估算各部分的成本增量。

A.电机系统成本估算

EPA给出的不同额定功率的电机成本如表4▎▏所示,应用于48V系统的电机功率多为15kW左右,根据表4可推算48V系统的电机系统成本增量折合人民币(下同)约为663元。

表3电机系统成本

B.电力供给系统成本估算

电力供给系统是48V系统最大的成本增长点。一般48V轻混系统需要搭载支持电机持续运行0.02小时左右的电量,因此,电池容量需求约为0.3-0.4kWh。表5[22]列出了不同电池容量∞的成本数据,以此为基准进行拟合曲线折算,以电池容量0.35kWh计算,可推定48V系统电力供给系统的成本增量约为2480元。

表4电力供给系统成本

C.线束与控制系统成本估算

线束分为低压线路(12V部分)和高压线路(48V部分)两部分,其成本主要与通电电流强弱相关,而48V系统与EPA所拆解的36V系统相比,可以从电压差异直接推算出电流≥不同,进而确定低压线路部分成本约为125元,高压线路部分则约为530元。

控制系统包括电机控制系统、控制核心、电压转换装置等核心部件,以及与之配套的线路、装配、冷却系统。对这部分成本进行精确估算较为困难,但根据经验将36V车辆拆解成本放大5◤%来大致估算是可以接受的,由此得到48V系统的控制系统成本增量约为2400元。

D.其他系统成本估算

其他包括发动机系统、传‖动系统、车身系统、制动系统等的成本变化,这些多为机械结构变化,不涉及电气部件,因此可直接取36V车辆拆解的结果,合计约为1303元。

表5其他系统成本增量

E.总成本估计

综上,48V轻混系统的直接成本增量总计约为7558元。如前所述,这是基于EPA在2™012进行实车拆解获得的数据进行折算获得的。显然,48V系统的实际应用成本还必须考虑规模化生产及技术进步带来的成本下降,这个变化可以利用学习曲线进行时间上的延展估算。考虑48V轻混系统的技术特点,选取了如表7的学习曲线变化系数。

表6学习曲线变化系数

由此获得2018年48云豹彩 V轻混系统的应用成本约为4535元;远期来看,48V轻混系统趋于成熟情况下的应用成本能降低到3703元,即可以将成本控制在4000元以下。

48V系统成本有效性的对比分析

(1)主要混合动力技术路线选项

当前混合动力技术主要有两种不同方向的选择,其一是轻混技术(基于48V系统时可获得更充分的节油效果);其二是重混技术。直观比较而言,前者的优势在于技术门槛较低,成本总投入较小,即可获得一定的节油效果;而后者由于增加了混合度,可以获得更大的节油效果,但其技术难度更高,成本总投入也更大。显然,对升级48V系统是否必要及其价值大小的进一步判断,应从比较轻重两种混合动力技术路线的成本有效性入手。

目前应用较多的重混系统主要有“PS(Power Split)”和“P2(Position2)”两种构型,其中PS构型以行星齿轮机构作为动力耦合装置,该构型多出现于日本、美国厂商,主要代表包括丰田、通用、福特等;P2构型则以离合器完成动力耦合,该构型多出现于欧洲厂商,如大众、宝马等。本文以此两者作为重混技术的代表,与48V轻混技术进行比较。

(2)面向节能效果的成本有效性对比

对包括混合动力在内的各种汽车节能技术的应用效果与成本进行估算分析,是一项极富意义和挑战性的工作,目前世界各国的多个研究机构都在对此展开研究。通过文献调研,∏我们发现NRC联合多家研究机构所进行的研究具有较高的系统性和权威性。其2015年的研究综合运用了拆解分析、系统仿真、试验测量等方法,获得了各种汽车节能技术的节能效果与相应的应用成本,其中包括PS和P2两种重混技术路线的数据。利用学习曲线修正,估计了其2018年可能的成本变化如表8所示№。同时,也把本文得到的2018年的48V轻混技术路线的数据放入表8。

表中的成本有效性是指每获得1%的节能效果所需花费的成本,显然该值越低越好。可以看到在2018年条件下,重混技术和48V轻混技术各有优势。48V系统有明显成本优势,其成本有效性也更好一些。但重混技术的节能潜力更大,能满足更严格的法规要求。随着技术的进步,电池、电机重混系统关键零部件的成本也可能实现显著下降,这将为其成本控制带来更大的改善空间。由于节能效果的差异,重混方案的总投入远高于48V轻混方案,如表中数据所示,约在3倍以上。另外,此表中的成本数据只针对汽车各系统变化带来的影响,主要是指制造成本增量,而没有考虑不同技术开发成本及周期方面的差异,在这方面显然复杂的重混技术也居于劣势。

表7重混技术与48V系统的效果与成本48V系统的特点与定位

根据以上分析可知,48V系统的主要特点可以总结为“短平快”。具体来♤说,其优势在于能够以较低的成本总投入,迅速取得一定的节能效果,而其劣势在于节能潜力有限,未来面向更加严苛的油耗法规将无力应对。尽管通过追加投入,将电机集成到变速器中,48V轻混系统的综合节能效果有可能提高到20%,但其最高电压限制了电机功率的提高,终究难有更进一步的节能空间。就技术应用而言,BSG构型的48V系统不需要对动力总成进行大规模改动,甚至BSG系统可作为固定模块直接添加到传统动力总成中,技术难度比各种重混技术要低得多。

基于48V系统“短平快”的特点,本文认为这项技术的基本定位如下:48V系统是短期内能够快速应用并取得一定节能效果、满足近期法规的有效技术手段之一;如果车企没有其他节能技术(如重混技术)的充分储备,尤其应予高度重视,争取尽早应用。但是,48V轻混系统只能作为过渡性方案,车企在投入和应用48V系统的同时,不可放松对其他节能技术的研发和推进。

中国油耗法规走向及技术应用策略分析

汽车节能技术的应用压力主要来源于越来越严格的法规要求。目前,中国第三阶段乘用车平均油耗限值(即CAFC法规)要求为6.9L/100km(2015年);四阶段为5.0L/100km(2020年),即在三阶段限值的基础上下降约28%;五阶段将达到4.0L/100km(2025年),降幅达到42%;而六阶段的乘用车平均油耗限值预计将达到3.2L/100km(2030年),届时降幅高达54%。显然,这是异常严峻的挑战,车企必须不断挖掘包括混合动力在内的各种汽车节能技术的潜力。

可以看到对于不同大小的乘用车,法规收紧的幅度是不同的,因为有利于车辆向小型化、轻型化方向发展。具体来说,对于小型、中型和大型车辆,分别需要节油约17%、28%和36%。可见未来较大车型的节油压力更大。预期五阶段油耗法规也将延续这一“抑大扬小”的导向。

虽然近期工信部出台的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》(即CAFC与NEV双积分并行)中规定,车企可以用超强制比例生产新能源汽车获得的NEV正积分来抵偿CAFC负积分,这在一定程度上降低了车企油耗达标的难度,但由于中国石油对外依存度居高不下,预计未来国家通过调整法规细则进一步收紧CAFC管理的可能性很大,同时在碳排放方面中国也要履行国际承诺,未来基于碳配额交易统一管理CAFC是大势所趋。因此车企不能有丝毫的侥幸心理,必须认真考虑每一种节能技术,并做出正确的选择,唯有如此才能以合理的成本满足日趋严苛的法规。

对于自主车企来说,48V系统的应用是由现实压力驱动的。2016年国产┍乘用车平均燃料消耗量为6.56L/100k≌m,距离即将到来的四阶段油耗限值5.0L/100km有很大差距。中国汽车企业在非电气化节能技术方面的积累还很不足,重混HEV技术短期内尚不能大规模投入应用,而︰新能源汽车受制于电池成本和性能的改善速度,不可能一蹴而就,因此未来油耗法规对中国车企提出了很大挑战。寻找具备一定效果的低成本节能技术,为其他先进技术的开发赢得时间,是▓目前的当务之急。在这些因素的影响之下,48V系统技术对于一部分自主车企来说就成为了短期内必须重点考虑的方案之一。相反对于掌握了先进重混HEV技术的日本车企来说,48V系统的重要性则没有那么重要,这从日系车企对48V系统的态度上也可见一斑。

综合考虑48V系统“短平快”的技术特点和“过渡方案”的基本定位,对于中国车企来说,在短期内没有足够的有效节能手段的情况下,应快速导入48V系统,以满足四阶段以及后续五阶段的油耗法规要求;鉴于48V系统节能潜力的局限性,车企在导入该技术的同时,还需加紧研发重混HEV、新能源汽车、高效发动机等先进技术,以满足长远发展需求。概括来讲,即以48V系统的应用来为其他先进节能技术的研发和应用争取时间。

48V系统未来应用分析

接下来结合未来法规发展▋趋势,讨论48V系统未来的应用空间。实际上,汽车产品总会搭载大量节能技术以达到法规和市场要求,因此,本文在分析中也考虑了其他节能技术的影响。

(1)其他节能技术分析

除各种混合动力技术外,车辆上还会搭载其他节能技术(主要是非电气化技术)。对近期可能得到应用的较为成熟的非电气化节能技术进行探讨,包括发动机节能技术、变速器节能技术、低阻力技术、轻量化技术等,来自NRC研究报告的节能效果数据如表9所示。核算结果表明,这些技术的应用可满足约18.7%的总体节能效果(按NRC建议,复合节能效果=1-(1-单项技术节能效果i),其中i取相应技术节能效果的均值;总节能效果按照复合节能效果数据,按类似的方法核算得到),当然根据车企技术水平及↔选择的不同,该值会有一定浮动空间,但总体上表征了非电气化节能技术在带有发动机的车辆上的节能潜力。

表8非电气化节能技术的节能效果

(2)四阶段油耗法规达标策略分析

不考虑新能源汽车技术的应用,仅从节能汽车的角度分析车企满足四阶段油耗法规的达标策略。

表9面向四阶段油耗法规的节能技术路线选择

综合考虑油耗法规、其他节能技术影响,表10中显示了48V系统的主要应用方向。对于不同重量的车型,从三阶段到四阶段油耗法规的收紧比例为17%-36%。从应用车型分析,四阶段法规条件下48V系统将更多地应用于中型和轻型车辆中。对于轻型车辆,仅靠挖掘非电气化技术通常就可以满足下一阶段的要求,即使略有困难的⊙车型,加入启停等电气化技术后也可达标。对于1400kg附近的中型车辆,应用了非电气化技术后仍有一定节能缺口,恰好可以利用48V系统补充,因此48V系统最可能在中型车范围内得到广↓泛应用,这也是目前市场上份额较大的一部分。考虑技术搭载“向下覆盖”的倾向,在中型车辆研发和应用48V系统后,车企很可能也将会其在轻型车辆╝上扩展应用,以更利于平均油耗水平达标。而对于大型车来说,当然也可以利用48V系统缓解油耗压力,但即使应用了48V系统仍很可能无法满足法规要求,特别面向未来进一步升级的法规更是如此。因此,重型车型应考虑尽早开发及搭载重混技术,在此之前,则可以借助48V系统进行有效过渡。

(3)五阶段及后续油耗法规达标策略分析

中国五阶段油耗法规尚未出台细则,但整体上将进一步加严,相比三阶段的限值平均要下降42%。六阶段的油耗法规还将更加严格。在此前景下,48V系统受制于其节能潜力的局限性,将难以为继。近年来,越来越多的主要汽车制造厂商都在加紧开展重混HEV、新能源汽车等先进百度彩票 技术的研发和布局,预计到五阶段法规期间,这些技术将相继成熟并投放市场。届时,48V系统的应用将会逐渐减少。当然,随着轻量化、低阻力、先进动力总成等技术的进步,在部分节能效果较好的车型上,48V系统仍可能有一定应用空间。

由此,本文预估了48V系统的发展前景,如图7所示。在四阶段(2020年以前)以及五阶段(2021-2025年)前期,即未来3-5年左右的时间里,48V系统将迎来快速增长,并达到应用峰值。而在五阶段以后,则将逐渐无法满足法规需求,被其他先进技术替代。如果后续油耗法规细节上有所放松,或者车企开发未来先进节能技术的进展不如预期,则48V系统的应用年限还可能延长。当前,中国车企的节▔能压力普遍较大,而新能源、深度混合动力以及非电气化节能等技术有很大的进步空间,但尚需时间和投入,而48V系统恰恰可↘以给予中国车企宝贵的缓冲时间,因此该技术选项尤其值得中国车企高度重视,甚至对于一些车企可能是近期必须采用的“续命”技术。

48V系统实施策略分析

如前所述,除了典型的BSG轻混构型外,实际上48V系统也可以承载P2构型的混合动力系统。即在48V电气架构下,把电机集成到变速箱内,形成P2形式,以减少传动损失、增加电机爬行功能,从而可较BSG构型进一步获得约5%的节能效果。

但是,从48V系统的特点和定位出发,本文建议车企如果选择应用48V系统,还是应该匹配BSG构型轻混技术,而无需开发P2构型。其理由主要有三个方面:第一,从投入产出比看,用BSG构型来实现48V系统,可在不影响原动力总成的前提下即实现较为可观的节能效果;而P2构型需要动力总成的重新设计、布置,投入和技术难度大,虽能带来节能效果约5%的进一步提升,但总体性价比较低。第二,从应用速度看,引入48V系统主要是为了满足近期油耗法规的要求,BSG构型具有投入小、改动少的优势,可以快速投入应用;而P2构型则需要更多的研发投入和时间投入,短期内难以快速应用,不符合发展48V系统的初衷。第三,从未来潜力看,48V电气系统下的P2构型,节能潜力依旧有限,无法满足未来更加严格的法规;且P2构型本身完全可以承载重混技术,目前已有多家厂商直接开发了高电压重混的P2混合动力方案(如德国大众、宝马等),在此情况下,与其在48V系统下开发P2轻混技术,不如直接开发高电压的P2重混技术。

综上,车企在发展48V系统时应充分发挥其技术相对简单、投入相对较低的优势,尽可能快速实现应用,以早日获得收益;在这个架构下为追求稍好的节油效果而投入更多的时间和资金,往往是得不偿失的。

总 结

本文对48V系统的最新发展、原理结构、应用效果及成本等进行了综述和分析,研究表明,48V系统可实现10%-15%的节能效果,目前的成本投入则约为4535元人民币。虽然未来节能潜力有限,但其总投入较少、技术简单,体现出“短平快”的特点。而且部分欧洲整零车企近期已经在48V系统上进行了大量的研究,有较为成熟的技术和供应商体系可以提供支持。因此,48V系统是车企可以快速应用以满足近期油耗法规的有效解决方案。

当前,中国乘用车整体平均油耗水平较高,特别是多数自主车企在节能技术方面与国际先进水平相比差距明显、积累不足,而无论是加快推广应用新能源技术,还是开发完善重混技术及其他先进节能技术,都尚需较多的时间和资金投入。在此情况下,48V系统作为一种良好的过渡技术,可以确保车企有效应对四阶段以及五阶段(至少在前期)╢的油耗法规,并为新技术的研发应用争取缓冲时间,预期将在最近几年得到较多应用。而自主车企尤其需要重视这一技术选项的巨大价值。

同时,本文也指出,48V系统虽然在近期可能具有重要意义,但受其节能潜力限制,未来终将逐渐被更先进的节能技术所替代。这也决定了车企在推进48V系统时,切不可放松对其他节能技术的研发和应用,这样才能满足远期发展需求。而在48V系统的应用【中,BSG构型的轻混方案是较为理想的选项,在48V系统下开发诸如P2构型的更复杂混动技术,性价比较低,且会影响应用速度,价值非常有限。


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