為什麼歐洲人在推48V,而美國人卻推出的是90V?
最近幾年,眾多歐洲廠商達成了48V的共識,如賓士、寶馬、大眾、沃爾沃等。然而,最近凱迪拉克在成都車展推出小改款的XT5卻是90V,通用對於90V的考慮是什麼?這套90V車型的使用體驗有何異同嗎?
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這個得從20年前開始講,從上個世紀90年代開始,GM就確定了一條同步開發短期、中期、長期的新能源技術,最終實現汽車的電氣化的技術路線。
以當年GM的體量,要搞就同時發力,全面出擊,弱混強混插電純電氫燃料電池一起上。弱混做為其中的一環,第一代產品在2006年就問世了,當時GM在Saturn的VUE Green Line Hybrid SUV上應用了名為BAS(Belt Alternator Starter)的36V弱混系統。所以,美國人也不是上來就弄90V的,低電壓的弱混十年前就玩過了。
這套系統按照混合動力的劃分,屬於P0的並聯繫統,在傳統的動力總成上將12V啟動電機換成了36V三相電機;增加了包含DCDC和Inverter等功率電子部件的BPIM以及相應的冷卻系統;增加了一個風冷鎳氫電池包以及一些控制模塊。
這個架構與現在的48V以及GM自己的後續產品已經沒有什麼大的差別了,在駕駛過程中,這套系統可以實現怠速停機,低速時純電行駛,電機助力,滑行斷油,制動能量回收等一系列功能,從而使綜合油耗下降15%,並能將0-100的加速時間降低9%左右。
在投產了這個系統之後,GM總結了經驗,GM將弱混系統的開發目標定為:
1,提高燃油經濟性
2,強力電機助力
3,成本盡量低
4,能與大部分已有的動力總成和整車平台兼容
並以此為指導方向開發了第二代的弱混系統。將系統電壓從36V提高至了115V,大幅提升了電機助力和制動能量回收的能力。
在定義了系統的需求之後,進一步考慮電池系統的壽命、成本,以及高壓電纜的截面積,GM將第二代BAS系統,也就是eAssist系統的電壓定為115V,並選配了一個風冷的鋰電池,並與包含了DCDC和Inverter的BPIM集成在一起。與第一代的鎳氫電池相比,功率更大,可用能量更多。
與第一代的36V BAS系統相比,第二代的eAssist系統可以在更廣的轉速範圍內提供扭矩輸出,功率也更大。但是由於電壓的提高,電機尺寸反而可以做的更小。
匹配到整車上之後,對動力性的提升也是相當明顯的。
在這款車上市的同時,GM就已經著手開發第三代eAssist系統,在2013年初,在SAE的一篇報道中,總工Steve Poulos就指出了第三代eAssist的開發方向:降低成本,輕量化,完善細節,讓更多的產品能夠搭載弱混技術。用Steve的話來說「對於技術的發展要有長遠的眼光和規劃,我們需要做的是正確的事」 ,GM是踏踏實實,一步一個腳印的積累關於新能源的各項技術,不管未來那種技術會成為主流,都有足夠的技術儲備。
現在XT5 28E上搭載的就是第三代的弱混系統,該系統具有低速純電行駛、電機助力加速、適時充電平衡電量、減速斷油、制動能量回收等降低油耗的功能。其中,對油耗貢獻最大的就是制動能量回收和減速斷油。超過70%的油耗貢獻是來自這兩個環節的。
從燃油經濟性的角度考慮,在某些駕駛循環,比如Japan10-15或者FTP Highway,第一代BAS系統的36V 6kW的電機就能夠涵蓋大部分制動能量回收的需求,但是在NEDC、FTP US06和FTP City工況下,需要更大的電機才能充分回收制動能量。另一方便,電機的能力越強,就越能改善滑行斷油後突然加速時的駕駛質量,不會出現頓挫或者加速無力,沒有了後顧之憂,就可以更早、更長範圍的斷油,從而節省更多的燃油消耗。從這個角度講,系統電壓越高,電機和電池的能力越強,對油耗的改善也就越大。
此外,通過大量的模擬和試驗,GM發現在上述工況下,由於採用較大的電機可以提供更大的加速輔助扭矩,因而整個系統可以選擇更小一些的速比(2.64 vs 3.23),在制動能量回收時,發動機的轉速更低,摩擦損失更小;可以回收的制動能量是低電壓電機的3倍。
多回收回來的這些能量又可以用於怠速停機,發動機啟動,減速斷油,加速輔助,巡航等工況,從而降低啟動發動機進行充電的需求。
因此,要充分發揮弱混系統的燃油經濟性,就有必要在電流不變的情況下將系統電壓提高。這也是GM將弱混系統定義為85V-115V的原因。
XT5 28E上搭載的第三代弱混系統,在第二代的eAssist系統的基礎上做了大量的優化工作。將系統電壓從115V降低到90V,電機的峰值功率從14kW降低到10kW。通過降低系統電壓,可以顯著的降低整套系統的成本,在工程開發上,BAS3系統體積更小,集成度更高,更適合在不同的車型上進行布置,匹配不同的動力總成。
與此同時,精心優化過的電機和控制使整套系統仍能保持與上一代系統相當的燃油經濟性和動力性。在安全等級上,與GM其他的新能源車一樣,都是按照同樣的高壓安全等級來進行設計,無論是在CNCAP還是IIHS的測試工況都能充分的保護車內乘員的安全和高壓電路的完整。
在這一代的弱混系統中,動力電池與BPIM拆分開來,降低了電池模塊冷卻的需求,選用一個更小一些的風扇,而BPIM移至前艙中,這樣可以減少一些高壓線纜的重量。同時,BPIM從上一代的風冷改為水冷,提升了冷卻效率。這些都點點滴滴的改進弱混系統的燃油貢獻。
與已經全系配置了啟停系統的28T相比,搭載了第三代弱混系統的28E油耗從8.7L/100km降低到了7.9L/100km,節油效果毋庸置疑。
關於48V系統,我曾在另一個回答 Brandon Lu:為什麼 48V 輕度混合動力比 24V 更省油?中詳細闡述,我個人覺得,48V的主要優勢在於,系統最大工作電壓60V,剛好沒達到GB/T 19751-2005《混合動力電動汽車安全要求》中對高電壓的要求,因而系統設計時不用考慮很多高壓安全的保護要求,成本上會降低很多,而且電池的峰值功率也能達到15kW,賬面上的能耗表現也是可圈可點的,整套系統的成本卻可以降低到3000-5000元,相當有競爭力。
不管是36V,48V,115V,還是現在的90V,都是工程師在推動汽車電氣化的進程中的努力嘗試,背後的技術其實大同小異,最後比拼的還是在整車上的表現與成本。這條路還遠沒走到終點,未來的競爭會更激烈。
參考資料:
[1] Goro Tamai, Mary Ann Jeffers, Chihsiung Lo, Cindy Thurston,Steven Tarnowsky and Stephen Poulos, Development of the Hybrid System for the Saturn VUE Hybrid, SAE Technical Paper 2006-01-150 2, 2006, doi:10.4271/2006-01-1502
[2] Shawn Hawkins, Fred Billotto, Daniel Cottrell, Alan Houtman, Stephen Poulos, Roger
Rademacher, Keith Van Maanen and Daryl Wilson, Development of General Motors" eAssist Powertrain, SAE Int. J. Alt. Power. 1(1):2012, doi:10.4271/2012-01-1039
[3] Next-gen eAssist aims at cost reduction, SAE Vehicle Electrification, pg 21-26, Jun26, 2013.
美國人的通用汽車最早從2006年開始研究輕混系統,也稱為BAS系統,是Battery Assist System的縮寫。曾有一些資料認為是Belt Assist System,皮帶助力,倒也形象。
與歐洲人一貫以來的48V不同,美國通用的3代輕混系統電壓是變化的,最新一代輕混系統為90V.
一、90V和48V:輕混系統不同電壓意味著什麼
系統的電壓決定了電驅動功率的上限,間接決定了混合動力的深度。
根據大家都知道的歐姆定律,功率=電流×電壓,為了提高電功率,要麼把線纜加粗(加大電池),要麼提高電壓。這其實也是智能手機快充技術的兩種不同技術路徑,OPPO採用加粗線纜,高通採用升高電壓:張抗抗:OPPO聲稱的VOOC低壓快速充電是什麼原理?
線纜是不能任意加粗的,在電流提升受到瓶頸後,提高電壓才是提高功率和能量的唯一途徑。
系統電壓間接決定了混合動力深度,一般來說,輕混都在100V以下,200V左右可以認為是中度混合動力(代表是普銳斯),深混都是300V以上的高壓(主流插電)。
除了功率提高之外,系統電壓提高還能帶來更多優勢:
- 電壓越高,電機的轉速和功率也會提高(可簡單地電壓和轉速是成正比的),也就是說更高的電壓給電機在行駛過程中驅動提供了更大的可能,而不是像低壓電機那樣只能在低速起步階段幫上忙。此外,更高速的電機也意味著更高的效率。
- 電壓提高,電機在高轉速下也可提供高轉矩。電機的外特性可以看成是下面這張圖,在高轉速時電機的扭矩會呈現下降趨勢,但是如果提高電壓(圖中虛線部分),則扭矩下降的拐點會被右移,也就是說電壓升高,高轉速時可以獲得更大的扭矩。
二、為什麼美國人選擇90V作為輕混系統的電壓標準
簡單來說,90V是美國人的通用汽車在嘗試過不同技術方案後得到的優化結果。
上圖是通用的混動產品路線圖,可以看出從12V啟停、微混、強混、到純電動,均有豐富的產品線滿足市場需求,而且每個類型都不止推出一款車。可以說,通用這是「老司機」炫技的技術研發習慣 ,可以參見我的另外一篇文章:張抗抗:混合動力汽車為什麼突然火了?混動都經歷了哪些階段?不同的技術各有什麼特點?
3代輕混系統電壓先升高再降低的過程。BAS1隻有36V,比歐洲的48V還低。而BAS2,也就是之前推出的君越e-Assist,採用了115V的電壓,但是BAS3卻對電壓進行了降低。做一個不恰當的類比,這個過程就像數學上的逼近演算法,即先有一個低點,然後再做一個高點,而最後出來的這個位於低點和高點之間的就是(最)優化點。也就是說,其實通用在微混的電壓標準方面一直在做嘗試,最後得出結論:從成本、效率的角度平衡考慮,90V電壓是輕混最佳的選擇。
每一次技術平台的調整,就意味著大量的研發成本、供應鏈變更成本等等。相比較於歐洲人穩定的48V,通用先後嘗試過三次不同電壓的技術方案,這也只有家底雄厚、又愛炫技研的通用才能做出來的。從消費者的角度來講,我們也有理由相似這一番折騰與投入,BAS3在技術上會有更優秀的表現。三、相比48V系統,通用第三代輕混系統具有兩大優勢:
1. 效率顯著提高
根據通用內部的對比試驗,90V輕混系統能夠在48V的基礎上,再節約7%的油耗,而48V系統只能相對於啟停節約不到5%的油耗,這也是為什麼通用最終選擇了90V系統的主要原因。
具體到車型上,採用90V輕混系統的凱迪拉克XT5 28E,在不改變動力結構的情況下,可以在啟停階段實現純電驅動,在加速階段與發動機同時做工,平順扭矩和提升加速,更能實現在平穩駕駛的同時實現制動能量回收,從而實現了很高的效率。
2. NVH性能提高
這方面很少有人提高。一方面,通用90V輕混系統採用了皮帶輪驅動發動機的方法,和經典48V系統的ISG相比,多了皮帶的緩衝,加上電機功率增加,可以實現快速啟動,有效減小啟停時的振動雜訊。另一方面,按照前文分析,電壓升高可以使電機高速提供更大的扭矩,這樣的話,可以提供高速時的助力,並對換檔提供更大幫助,增加換檔平順性。
四、為什麼歐洲人選擇了48V
前面說了,48V在提高效率方面與90V方案相比差距明顯,但是為什麼歐洲人偏愛48V呢?
第一是成本,歐洲人一般精打細算,注重成本,特別是在48V系統應用比較成熟的情況下,具備一定的成本優勢。另一方面,歐洲人不注重平順性,比如ZF的9AT出現了很多平順性問題(張抗抗:中級SUV使用9AT是不是有點殺雞用牛刀的意思?)。
第二是法規,因為歐洲法規規定60V以上才是高壓,所以48V可以認為是低壓系統,所以不需要做高壓保護,從而省去很多成本,在法規不變的情況下,歐洲人應該是沒有動力將電壓提高到60V以上。
而在通用的標準裡面,36V以上就是高壓,全部都要採取高壓保護措施。正因為如此,通用在提高電壓方面就相對少了一些枷鎖從這裡也可以看出來老美在這些事情上為消費者負責的態度。
36V的標準和中國是一樣的,中國法律規定36V以上的電器必須要進行CCC(China Compulsory Certification)認證,答主的公司曾因為所開發的產品超過36V而沒有CCC認證被質監局執法人員批評教育過(掩面)。 話又說回來了,難道歐洲人更不怕電嗎?而美國人和中國人都比較怕電?
第三,48V系統特別適合NEDC循環,所以循環下省油較多,為了用更少的錢,滿足越來越嚴苛的油耗要求,歐洲廠商也是拼了。
五、容易混淆的兩種「48V」概念
上文的所有對比中,都是在對比包括電池、電機在內的電驅動系統。成本上不好說,但從性能上來講,電壓越高是越有優勢的。相對而言,電驅動系統的48V在混動方面的能力確實和高壓系統有較大差距,只是一個混動過渡產品,不能算是一種先進的技術方案。
而在另外一種語境中,48V就是先進技術的代表了。目前歐洲超級豪車體系裡面提出的48V低壓系統概念(以奧迪SQ7和賓士E為代表),確實是一項新技術。該技術的核心是整車低壓電氣都使用48V,包括收音機、車燈、喇叭這些附件,即使順便做了一些混動策略,小小48V相對於4.0T之類的大發動機,也就是個起動機而已,所以這個48V和混合動力壓根不是一個概念,其所帶來的優勢也只是局限於低壓負載,一般來說一輛車的低壓負載最多不過幾個Kw,所能帶來的效率提升和混合動力是無法相比的。但是,對於高端豪車來說,低壓電壓升高確實是一個趨勢,因為豪車低壓功耗越來越大,有些新功能件原有12V系統已經無法支撐(例如奧迪SQ7上面的主動式防側傾桿),但這一切,和混合動力已然無關。
作個總結,對於電驅動系統來說,48V是一項成熟的老技術了,BAS3已經提高到90V了;而對於12V的車載低壓系統來說,48V是一項先進的新技術。
題主問的是電驅動系統,而此題下的 @xinhe sun 與 @凱凱 講述的原理基本是正確的,但把輕混系統的90V與12V系統放在一起去討論,多少是有那麼一點混淆概念的吧?有可能會引發一些誤解。
這個問題並沒有想像中的簡單。
混合動力或者純電動車最容易的分類方式就是按照「電動化」的程度從輕到重來分類:
- 微混:從只有加強電機但是還用12V電池具有啟停功能的「微混」。
- 輕混:到具有制動能量回收,電動增壓電動轉向,電動驅動boost還有電動主動懸架的輕度混動系統,這裡輕度混動可以是48V的系統,也可以是問題里說到的90V,甚至更高超過100V。
- 強混:再到具有純電動行駛功能的重混和插電混動,這裡系統電壓一般在幾百伏的水平。
- 純電:最後到純電動車,電壓甚至可以達到像NIO EP9將近800V的水平。
但是「電動化」的程度真的是按照電壓高低來進行劃分的么?並不然。
最主要的依據還是電池的容量。更大的電池容量意味著本來由發動機驅動的設備可以更多變為純電驅動(比如電動增壓電動助力),也意味著可以搭配更高功率的電機,也意味著更長的純電行駛里程。下圖顯示的是常見的按照電池容量來進行「電動化」程度的分類,HEV代表非插電強混,PHEV代表插電強混,而EV則代表純電動車。目前一般48V或者90V的弱混系統電池容量會更小。
(圖片來自:https://www.nap.edu/read/12924/chapter/8#89)
電動化程度越高,意味著我們可以更多使用高效率的電機而少用低效率的發動機,對於消費者而言意味著越來越低的油耗,對於廠商而言意味著越來越低的排放來滿足日趨嚴格的法規。這也是為什麼大家都是從最基本最廉價的12V微混來普及混動技術,在一般啟停技術全面普及的今天下一步優化油耗和排放的相對廉價方案就是輕度混動了。
我說過沃爾沃也好,其他廠商也罷,說出幾年內所有車輛搭配48V的「豪言壯志「其實只不過是順理成章必須走的一步棋罷了。
而從微混到純電動逐漸升高的系統電壓除了設計上的考慮,一部分也是因為電池組增多進行串聯之後的副產物。所以當我們討論混動類型的時候,並無法通過電壓來進行嚴格區分。奧迪的48V系統也好,凱迪拉克的90V系統也罷,在分類上面都屬於輕度混動,因為他們的電池容量還都在0.5kWh左右,這也意味著他們在「電動化「的程度上是類似的。
那這意味著凱迪拉克的90V系統和奧迪的48V系統就是大同小異的么?完全不是。他們完全是兩個層級的產品,而這兩個層級有一個明確的分界線:60V電壓。
60V電壓以下的12V,36V,48V都屬於低壓設計領域,而72V,90V,300V,800V都屬於高壓設計領域。如果你打開混動凱迪拉克的發動機倉就可以看到下面這樣的橙色線束:
(圖片來自: http://price.pcauto.com.cn/cars/image/5114552-1.html)
而橙色正是高壓系統的獨有標識。
從低壓系統跳躍到高壓系統,是量變到質變的過程。哪怕電壓只有幾伏的上升,整體系統的設計考量和難度也是完全不同的。因為一旦上升到了人畜有害的60V以上,所有設計都必須考慮高壓安全,滿足高壓安全的標準和法規。比如:
- 電池包內部電池模塊需要和外殼進行絕緣處理,尤其是以輕質碳纖微為材料的電池外包。
- 整體電池外包裝設計需要達到防塵防水標準,還有防止人員接觸標準的等級 IPXXX,比如電池包上任何潛在的開口都不應該超過指頭的直徑。
- 高壓系統和低壓系統之間需要有完全的電氣隔離。
- 所有高壓系統在絕緣檢測上需要達到XXXOhm/V的標準。不同的高壓系統和零部件,比如高壓電池和高壓線具有不同的絕緣要求。
- 高壓系統在不同的運行狀態下負載不同,絕緣檢測的條件也不同,比如絕緣檢測的時長。
- 還有一點非常重要但是容易被忽略的就是不同高壓系統,以及高壓系統和車身之間的電平衡問題:也就是不同的高壓系統之間,比如電池和電機,以及高壓系統和車聲之間是否電勢差接近0。
這些硬體和軟體的額外設計都不是免費的,先不考慮額外的物料成本,單獨一套高壓安全系統從設計到驗證就需要千萬人民幣級別的設計成本。
這也是為什麼主流輕度混動系統都在避免超過這個60V的臨界值,將整體輕混系統成本控制在1000美刀上下。
那麼凱迪拉克為什麼要捨棄表面上看起來更加廉價的48V系統來用90V高壓系統做輕混?因為工程決策是個複雜的過程需要考慮的也不僅僅是物料成本。
可以明顯看到有兩點原因:
- 通用已經有相當成熟的強混平台Voltec。 90V雖然是輕混但是同為高壓應用,可以大量從Voltec平台繼承電池組和電驅動控制核心。所以雖然物料成本上升了但是整體研發成本可以大幅降低,研發周期也可以相應縮短。
- 90V相對48V系統有天生的優勢和潛力。
- 在保持相同電流水平的前提下,根據簡單的功率公式P=V×I,90V系統可以提供更大的功率輸出,未來可以帶動更大功率的電機或者更多的電驅動負載。超級電容之所以經常會在弱混系統中出現就是因為他們可以在短時間內輸出超高電流來提供短時間的峰值功率,應用在諸如主動懸架等需要瞬時大功率的負載上,來彌補類似48V系統輸出功率小的問題。下圖顯示的是Maxwell的一組超級電容功率質量比,遠遠大於鋰電池。
- 90V系統已經進入了高壓領域,未來可以繼續拓展電池容量同時繼續提高電壓到更高的水平,比如115V而不需要對整體電驅系統進行重新設計。相比之下48V系統因為處於低壓應用,未來如果需要在電池容量和輸出功率上進行拓展的話就面臨著60V的瓶頸問題。90V系統是一個更加靈活和容易拓展的輕混系統,可以連續拓展和強混系統對接。
如果總結的話,凱迪拉克的90V和其他廠商的48V都屬於輕混類型,具有高端48V系統的典型功能。下圖所示的是凱迪拉克90V混動系統從靜止開始加速然後減速的一個過程。在這個過程中電機和發動機進行了多種配合:在低速橙色和藍色部分發動機停機電機做短時間驅動來保證駕駛的平順度;在加速過程中的黃色和綠色部分電機輔助發動機整體輸出更大的扭矩;在其他駕駛階段電機還負責發動機的啟停,制動能量回收和電池充電等功能。
但是90V系統和48V系統並不是大同小異的,而是完全兩個層級的應用:一個是高壓而另一個是低壓。
90V系統的優勢在於同一電流下可以輸出更大功率來驅動更大的電機或者更多的負載,而90V系統也可以在未來簡單地拓展到更高的電壓水平搭配更大的電池來實現更深程度的「電動化」。
當然90V系統的優勢也是他的劣勢所在,那就是高壓應用的成本,這也是大部分廠商選擇48V的原因。但是和我前面說的一樣,當我們考慮成本的時候不可能一概而論也不可能只考慮物料成本。通用本來就有成熟的強混技術可以移植到90V輕混,同時如果在戰略上他們有計劃將這個系統在未來進行更大功率和更大容量拓展的話,那麼總體的長期成本甚至可能更低。
要回答好這個問題,我們需要先搞清楚另一個問題:
車載系統用得好好的12V,為什麼要搞個48V出來?
四個字:節能減排
發動機技術,或者說內燃機技術發展到今天,面臨著兩難的境地:一方面,各國法規對油耗、排放的要求日益嚴格;另一方面,內燃機技術在節能減排的方面的潛力已十分有限。
既然不能「既要馬兒(發動機)跑得快,又要馬兒少吃草」,工程師們就開始從「騎馬」上想辦法,比如給馬兒「減負」,讓馬兒「偷懶」。
減負,顧名思義,就是把不必要的貨物從馬背上拿下來,減少馬兒的負擔。具體做法是把空調壓縮機、水泵、轉向助力泵等附件由發動機直接驅動改為電力驅動,也就是發動機附件的電氣化。
偷懶,就是不要一直快馬加鞭,在合適的時候,比如等紅燈、下坡、剎車的時候,得讓馬兒休息,這就是啟停技術、滑行停機和制動能量回收。
為何要提高車載系統電壓?
現在12V啟停、制動能量回收等系統已經成了很多車的標配,它們帶來了一定的節能效果。然而,法規標準總是「更高、更快、更強」,見下圖:
上圖摘自為什麼 48V 輕度混合動力比 24V 更省油?中 @Brandon Lu 的回答
當為了更嚴格的油耗目標而繼續挖掘啟停、制動能量回收系統的潛力或者電氣化空調壓縮機等附件時,12V系統就捉襟見肘了,為什麼呢?
讓我們用這兩個初中就學過的公式簡單說明:
發動機附件的電氣化和啟停等技術的引入,使得電氣系統的總功率P大大增加了,而功率與電壓、電流成正比,想要獲得更大的功率,在系統電壓採用12V不變的情況下,只能通過提高設計電流來實現;這就對線路的承載能力提出了新的考驗,因為熱量Q與電流I的平方、電阻R和時間t成正比,電流增加會導致系統的發熱劇增,這部分熱量是實打實的電能損耗。如果為減小電阻而增加線徑又會增加成本且讓車增重。在這條路走不通的情況下,提高電壓就成為了必然的選擇。
而且我們可以得出這樣的結論,更高的系統電壓使得功率容量更大,發動機附件的電氣化潛力更大,也就有更大的節能減排的潛力。
為什麼是48V?
按照我們剛才的討論,更高的電壓可以幫助實現更高的功率,降低線路損耗,改善起停時電機、空調壓縮機、水泵等系統的工作,同時還能以更高功率進行制動能量回收,實現更好的節能減排效果,因而電壓其實是越高越好的。
但根據法規ECE-R 100,高於60V的直流電需要特殊的安全防護措施,比如需要使用橙色的高壓線纜,這就會帶來額外的成本。而48V系統剛好工作在不受限制操作的區間,且與60V之間留出了足夠的安全邊界,同時,眼下帶來的節油效果又能令人滿意,因而48V就成了考慮效果、成本、法規之後的折衷之選。
上圖摘自LV148
48V有哪些實車的應用?
目前大體有兩種路線,第一,全車電氣架構都採用48V;第二,依然保留12V系統,但在關鍵部件,比如啟停/能量回收/壓縮機等上面採用48V,相比於全部採用48V架構,這種策略不需要重新開發全車的電器系統,減低了研發成本,目前供應商也能提供成熟的方案,這也是目前的主流策略,代表玩家比如德系三強中的兩強,賓士和奧迪。
由於供應商不同和產品定義不同,賓士和奧迪的48V實際應用也略有差異,分解來看如下:
賓士48V:主要應用於小排量渦輪車,48V電力系統核心功能是驅動電動渦輪,提高升功率,主要應用在M264四缸2.0T上,標準配置是電動渦輪和廢氣渦輪相輔相成;少數車型上會完全取消廢氣渦輪,只依靠電渦輪。
代表車型:賓士新E級(48V搭配L4/L6發動機)
奧迪48V:主要配合大排量渦輪車(3.0T V6),應用車型是SQ7和新一代A8,SQ7三渦輪布局(兩個廢氣渦輪和一個電動渦輪),電動渦輪作用也是輔助廢氣渦輪,主要用於補足低速渦輪遲滯時的動力響應。48V系統還要驅動啟停電機和主動懸掛系統。
代表車型:奧迪SQ7車型(48V搭配V8發動機)和奧迪A8車型(48V搭配V6發動機)
(隱約覺得,電渦輪在賓士和奧迪上一出,淘寶上那些電渦輪賣家又多了個忽悠人的說辭)
那麼,既然已經有了48V了,通用為什麼又要搞個90V出來?
剛才我們已經討論過,更高的系統電壓能提供更高的功率容量,12V系統所支持的總功率一般在3-4kW,48V系統為15kW左右,90V系統則為25kW左右,這就為更多部件的電氣化以及電機的功率提升提供了支持,從而為集成更多節能減排的技術提供了可能。
在通用XT5 28E上應用的90V系統中,使用了集成度很高的MGU(Motor Generator Unit),它兼具了啟動機、發電機甚至驅動電機的功能,不僅可以控制發動機啟停、能量回收,還具備單獨驅動車輛起步的能力。而這要歸功於更高的系統電壓,使得更高功率的電機的使用成為了可能,從而也為下列功能的實現提供了支持:
- Regenerative Braking : 由於電壓/功率更高,剎車/滑行時,更多能量可以通過MGU電機回收並存儲在鋰電池組中
- Seamless Stop/Start Technology: 由於MGU電機良好的性能和9AT變速箱所使用的起停蓄壓器的支持,可靈活關閉或啟動發動機,實現無縫的起停切換。
- Electric Assist : MGU電機可提供非常平順的起停模式,並且可以優化發動機的扭矩波動。
下面這張圖很好地解釋了系統各個功能與工況的對應關係:
通用的90V系統相比48V系統的優勢
- 提升燃油經濟性的潛力更大。從我們之前的討論可知,電壓越高,電氣化程度越高,降低發動機負載以及制動能量回收方面的潛力就更大。實際應用上的確是這樣,90V系統能夠支持更高的功率,從而能夠實現起步階段純電機驅動、更快的啟停響應、更高功率的能量回收等等。
- 平順性好。MGU集成了啟動機、發電機以及驅動電機的功能,在發動機啟停工作時響應更快、振動更小,驅動車輛起步更平順(因為電動機帶動的是發動機端,有液力變矩器緩衝,而不是德系48V上的ISG電機直接驅動變速箱輸入軸)。
不過,通用90V系統的使用也會帶來其他一些考慮。
- 成本增加。由於電壓超過了60V,按照法規,需要對線路和部件進行額外的保護,成本勢必增加。可以說這更多是為豪華品牌設計的,豪華品牌能負擔更多的成本投入。
- 動力性能提升不大。嚴格來說,這一點其實是產品思路不同,前面提過的德系48V系統通過ISG和電渦輪,提升了車輛的動力性能;而通用的90V系統把主要的著眼點放在降低油耗上,動力性能的提升則放在次要的位置。
綜合來說,無論48V還是90V,都是車企為進一步降低油耗、排放,滿足法規要求而選擇的技術路線。
短期看,48V討巧,是一個綜合了成本、收益、可行性的折衷之舉,所以各個廠家一擁而上;長期來看,90V系統給未來的產品建立了架構、留出了容量來實現更有野心的目標,因而有更大的潛力。
選擇了90V的通用略顯孤獨,但我覺得通用的目光並不止於眼下的產品和法規要求。想起《有嘻哈》里GAI爺那句「一往無前虎山行」,至於能不能「撥開雲霧見光明」,讓我們拭目以待。
為什麼歐洲主機廠推48V,而通用推90V,首先這兩種路線只有取向不同而沒有優劣之分,也並不是說誰家有壁壘導致另外一家只能另闢蹊徑。
48V的技術路線更偏重於給用電器供電,例如eBooster(電動渦輪)、轉向系統(例如寶馬5系540i XDrive)、懸架系統(全新A8的懸掛轉點發電+48V電控主動操控系統)、BSG(帶啟動功能的發電機)、ISG。簡而言之48V是給高功率用電器供電來減少電網能量損失,而不直接用作驅動,因此並不明顯作用於駕駛感受層面。
目前48V系統由幾大歐洲供應商主導,如大陸集團、法雷奧、博世等。
而XT5的90V系統是通用的第三代輕混動系統,這套系統的簡單結構是,將電動機替換成一個MGU(Motor Generator Unit),集啟動、發電、回收動能,輸出弱動力(6.6kW)的作用。和48V系統只服務於用電器不同,90V系統會更加深度介入到駕駛的層面,為汽車的起步和提速,提供一些輔助動力。並且由於工作電壓更高,電機和電池可以實現的最大驅動與回收功率也更高,因此在制定回饋策略時更有更大的靈活度,理論上省油本領比48V要更強。
作為一款輕混動車型,XT5的電池採用24組電池編組,90V電壓容量是0.45kWh,整個電池包的體積很小,可以夾在油箱和後排座椅之間,不佔用任何的車內空間。所以說90V系統是一套在不破壞原車結構以及空間布局的前提下,提供一定程度的油耗、動力響應性、啟停NVH(啟動扭矩大)等多方面優化的一個較為經濟實惠的方案。
有多經濟實惠?這套90V輕混動系統無溢價地作為增配,搭載在了XT5的頂配和次頂配車型上。
當然,除了90V系統之外,XT5這回還有了9AT變速箱的加持,從8AT到9AT,「加擋不加價」。此前,我已經多次試過這副變速箱。它和之前XT5所使用的愛信8AT相比,不是簡單的多了一個擋位,巡航轉速更低的區別。更關鍵的地方在於,9AT的擋位編排更綿密,轉速銜接尤其是低速狀態下更平順,理論上換擋品質會有所提升。
好了,介紹完背景,我們開始認真聊聊開起來怎麼樣吧。
啟停NVH幾乎做到了潤物細無聲。MGU啟動扭矩大,並採用皮帶輪驅動發動機的方式,通過皮帶的緩衝作用,直接將動力輸送到曲軸,帶動發動機從停機快速進入到平穩運轉的轉速,所以啟動的震動、速度都較通用的普通車型有明顯優化。注意,其實通用普通車型的啟停系統,啟動NVH控制已經是業內第一梯隊了。
動力響應性好了一些。XT5升級了自家風評很好的9AT了。換上9AT之後的XT5,油門響應比之前的8AT要好一些,不過你還是可以感受到油門有些許的猶豫。從油門踩下去到車身應聲而動,有一個短暫的時間差。有了MGU後,油門到發動機響應的時間差還有,但在這個時間差裡面,MGU因為可以直接通過皮帶帶動曲軸,所以能夠即時地給你一個反應,在降擋動作還未完成前的扭矩斷檔期,讓電機先幫忙「墊付」一些動力,動力銜接更加順暢。
油耗會有下跌,低速時收效較大。90V這套系統的耗油貢獻主要來自於制動能量回收和減速斷油。換句話說就是將減速時回收的動能,轉化成電能,行進時釋放這部分電能轉化成動能。從能量守恆的角度,這種動能回收-釋放的形式,的確是能達到降低油耗的效果。
不過因為是輕混的關係,通用90V系統最大放電功率6.6kW,作為參考,80km/h勻速駕駛的需要的功率大約是10~14kW,所以電動機驅動僅在低速時介入。並且90V系統並不管空調,空調壓縮泵還是由發動機帶動,所以一開始對90V系統的油耗並沒有太高的期待。當時參加試駕的時候,因為要拍視頻和照片,已經屬於非正常用車了,我錄得的真實油耗並沒有參考意義(而且也沒有同等工況下的普通版本做對照試驗)。但從汽車之家的用戶油耗數據來看,90V系統能將XT5的平均百公里油耗從12L降低到10.9升,節油效果比預想中的要更好!
總結一下吧,這套輕度混合動力系統,優點是結構緊湊、布局便利,有一定的節油和改善動力系統響應性的效果,並且是在沒有將系統成本轉嫁到消費者的前提下,給到消費者這些效益。
缺點是,它並沒有下放到更走量的主流中高配車型上,不免讓人覺得,這套混合動力系統,目前還是停留在形象工程的層面,還沒能完全普及。這裡可能有成本的考慮(高配車型基礎價格高,成本上漲空間較大),也可能有先小批量試水的成分。
反正不管怎樣,48V也好,90V也好,它們要來,這是好事。
其實就從最簡單的物理特性來說,要達到一樣的輸出功率,那電壓越低,電流就要越高。而發熱是電流平方乘電阻,所以這對任何一套系統都是負擔。
這就是為什麼純電的車子大多是320-336V,而弱混是48-72V。
為什麼為什麼為什麼?
因為成本啊!!!!
在72V以下(包含),功率器件基本可以用MOS管,雙100(100V,100A)的就可以滿足需求,英飛凌的坑爹貨就不說了,下面我說的都是263封裝,因為可以直接貼鋁基板或者陶瓷基板,方便散熱。ST的15810-2很成熟,用了無數年,大概2.7一顆(最近),東芝的TK65G10,後起之秀,質量穩定,大概2.3一顆。這兩個管子在IR的2127驅動下,36管(6路X6)帶5KW完全不是問題,72管帶7.5~10KW也沒問題。
好,那麼我們來算一下,就算10KW是弱混吧,我用72管的東芝TK65,功率器件花費不到200。但是如果我用強電方案320-336V,必須用IGBT模塊,現在也只有英飛凌,三菱,富士,最便宜的600V150A的模塊要400-420.
而且我用MOSFET方案可以用強制風冷,用模塊高壓就必須用水冷,可靠性差遠了。
主機廠沒有傻子,他們養了無數工程師,拿出來的不敢說技術最優,但肯定是性價比最優方案。
照例先說觀點,後面多圖慢慢聊。
混合動力車型,特別是輕混系統,對電池工藝提出了更高的要求。具體要求包括:
1. 高功率密度
2. 高低溫工作性能
3. 長循環壽命
我們先來看看歐洲車廠主推的48V輕混系統電源架構。
具體來看,整個48V架構的電源網路除了傳統的48V電池,48V-12V DCDC轉換模塊和48V電機三大件以外,越來越多的高負荷48V附件模塊增加了進來。
↑全新48V架構的電源網路(來自A123 SAE論文)
按照如下列表具體來看,高負荷48V附件模塊可能包括電子懸架系統Electric suspension, 電子空調Electric AC, 電動助力轉向EPS, 電子渦輪 Electric turbo/supercharger和其他附件。總計最大瞬時功率可達25kW。
↑全新48V架構的48V側附件模塊(來自A123 SAE論文)
而目前48V輕混系統的發展瓶頸還主要是電池技術。迫切的需要48V電池技術有質的飛躍,能夠提供更高的功率密度,也就是更大的瞬時功率。這也是各個電池廠商,包括下面提到的A123(目前已被中國的萬象收購)所迫切努力的方向。
↑來自A123的48V鋰電池(來自A123官網)
現在如果你去搜索A123的官網的話,就會發現其目前提供的48V鋰電池(如上圖)為8Ah級別磷酸鐵鋰LFP鋰電池。瞬時輸出功率為15kW。具體可見如下參數規格。
↑A123的48V鋰電池參數規格(來自A123官網)
凱迪拉克XT5 28E選用的為高功率密度高性能鋰電池組。從而最大程度回收制動能量,達到了明顯的節油效果。
↑凱迪拉克XT5 傳統動力系統與輕混動力系統對比
如圖為凱迪拉克XT5 傳統動力系統與輕混動力系統對比。傳統動力系統的XT5 28T採用8速AT變速箱,綜合油耗為百公里8.7L。採用輕混動力系統的XT5 28E採用9速AT變速箱,配合450瓦時的90V鋰電池組和6.6kW/49NM電機,達到了百公里7.9L的優秀油耗。較傳統動力降低了可觀的0.8L。使得凱迪拉克XT5作為豪華SUV車型油耗成功打破了百公里8L的大關。
↑電池特性對比圖
混合動力車型,特別是輕混系統,對電池工藝提出了更高的要求。
插電式/增程式混合動力及純電動車型追求高能量密度。
混合動力,特別是輕混系統追求高功率密度。
如圖電池特性對比圖,由於插電式PHEV/增程式EREV混合動力及純電動EV車型,需要追求更長的續航里程,電池主要工作在消耗模式下。因此更追求高能量密度。目前主流的能量密度正在向200Wh/kg突破。
而混合動力,特別是輕混系統Mild Hybrid車型,需要追求更低的綜合油耗,電池主要工作在維持模式下。因此更追求高功率密度。目前主流的功率密度正在向3500W/kg突破。
1.高功率密度
↑日立高功率方形鋰離子電芯
凱迪拉克XT5 28E採用的為日立高功率方形鋰離子電芯。它的功率密度達到了驚人的5000W/kg。這個功率密度是什麼水平呢?前面提到業界正在向3500W/kg水平突破,這也是目前48V鋰電池組的功率密度水平。日立該高功率電芯的性能足足高出了50%。並且也高出普通插電式/增程式電池平均2500W/kg的水平2倍左右。而豐田普銳斯的全混動鋰電池電芯正在接近4000W/kg,已經高出了行業水平。但是離5000W/kg的性能還是有不少差距的。
↑高功率鋰電池組
凱迪拉克XT5 28E由24顆如上提到的日立高功率方形鋰離子電芯組成90V的高性能鋰電池組。如上為方形電芯組成電池組模塊的特寫圖。特別提到的一點是,該高性能鋰電池組充分考慮了模塊化。它與目前雪佛蘭邁銳寶XL全混動版和別克君越/君威全混動版使用的是相同的電芯(由80顆電芯組成300V的電池組)。由於充分的模塊化擴大了集團內電芯用量,從而降低了電池組系統成本。
↑賓士48V液冷鋰電池組
在追求高功率密度的同時,凱迪拉克採用的日立高功率方形鋰離子電芯具有良好的散熱性能。如上圖所示賓士E級採用的48V鋰電池組由於發熱量巨大需要液冷冷卻。系統成本高,且需要配備液冷管路。而凱迪拉克XT5 28E的輕混系統鋰電池組為風冷冷卻。系統成本低,不需要複雜的管路。而且該電池組較業內其他的風冷48V鋰電池組則具有更高的存儲容量。電量達到450瓦時。
↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統
採用風冷的高功率鋰電池組位於卡迪拉克XT5 28E後排座位下方。小巧的體積使得後備箱及後排乘坐空間並沒有受到影響。保證了良好的駕乘感受。
↑凱迪拉克XT5 28E動力電池包
2.高低溫工作性能
日立在開發這款高功率方形鋰離子電芯時,在電池工藝上做了頗多改進。優化了晶體生長過程,減薄正極厚度以及降低反應阻抗。從而在提高功率密度的同時,改善了電池低溫工作性能。凱迪拉克XT5 28E輕混動力系統都經過了零下30度低溫的考驗。該電芯的低溫性能較之前的電池技術有高達30%的性能提升。
3.長循環壽命
混合動力,特別是輕混系統電池需要頻繁的充放電,因此循環壽命參數非常重要。如下圖所示,經過IEC標準的10萬次循環後,電池仍能夠保持95%的性能水平。保證了消費者正常駕駛周期所需的性能幾乎沒有明顯衰減。
↑日立高功率鋰離子電芯循環壽命示意圖
高性能的鋰電池組和相應的電池工藝,保證了凱迪拉克XT5 28E在減速的時候能夠更多的進行制動能量回收。在加速行駛的時候,能夠由電機輸出更大的功率和扭矩幫助發動機一起提供加速所需的動力。如下2張動圖介紹了凱迪拉克XT5 28E輕混系統能量回收模式和加速行駛模式的工作原理。
↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統能量回收模式工作原理(動圖)
↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統加速行駛模式工作原理(動圖)
綜上所述,混合動力車型,特別是輕混系統,對電池工藝提出了更高的要求(高功率密度、高低溫工作性能、長循環壽命)。凱迪拉克XT5 28E採用了日立高功率方形鋰離子電芯,功率密度高達5000W/kg。保證了凱迪拉克XT5 28E在減速的時候能夠更多的進行制動能量回收,在加速行駛的時候,能夠由電機輸出更大的功率和扭矩幫助發動機一起提供加速所需的動力。在節油的同時,提供了優良的駕乘體驗。
參考文獻與擴展閱讀:
SAE論文 SAE 2017-01-1200 高功率電芯在包括雪佛蘭邁銳寶等輕混和強混車型中的應用High Power Cell for Mild and Strong Hybrid Applications Including Chevrolet Malibu
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48V和90V的選擇只是早期節點上歐洲廠商和GM還沒有達成共識的不同選擇而已。從實際技術層面來說並沒有什麼差別,區別在於廠家各自判斷優勢和劣勢而已。比如90V系統用的電線會更少、更細,這個成本會降低而效率更高,同時電氣架構更能支持長遠發展,可是劣勢在於保護成本會提升。
而48V則更像是一個折中的方案,什麼都不是最好,可是總體成本和節油效果是車企可以接受。據我所知,90V的總體成本比48V高出一倍到兩倍,所以目前只看到GM在用。當然,這也和90V系統是GM自己搞得有關係,而歐洲車企用48V主要是歐洲供應商聯合搞的。
個人覺得,對於GM來說,既然開發了90V的系統,降低成48V也沒什麼難度,只是後續改善的問題,如果大家都用48V,GM改過來就是了。謝邀
這道題下,我不準備講為什麼通用的XT5推出的是90V系統,而歐洲汽車廠商以及國內推廣的是48V系統,這可能是路線之間的差異,前面也有很多答主發表了見解;而我今天要講的是無論是48V還是90V都在宣告一個事實,在未來5-10年,輕混依舊在節能汽車中扮演重要角色。
為什麼混合動力或者純電動突然火起來了?
這裡可以看看這道題
混合動力汽車為什麼突然火了?混動都經歷了哪些階段?不同的技術各有什麼特點?
無論是混合動力或者是純電動,其背後的目的無非是一個:減少汽車的能源消耗以及有害物排放。
這個能源消耗無非就是對石油的消耗,畢竟石油是不可再生資源,用一天少一天;雖然我並不認為石油會有枯竭的那一天,但是還要考慮到另外一個問題:
能源安全。在去年的政府工作報告中,總理多次提到新能源汽車,可見在高層,對於發展新能源汽車的決心是非常大的。這裡面的深層政治意思,我覺得就是能源安全,汽車消耗太多的石油,必須改變這種現狀。
中國是一個能源短缺的國家,也是汽車保有量大國,汽車對石油的消耗巨大。我國在南海面臨的形勢比較嚴峻,萬一海上通道被封鎖,石油運不進來,會危及國家安全,而降低汽車對石油的消耗能夠保障國家能源安全,這一點我認為是國家大力發展新能源汽車的重要原因。
其次是有害物排放,有害物包括二氧化碳,顆粒物,氮氧化物等。其中顆粒物,氮氧化物無疑是會造成大氣環境污染;而二氧化碳被認為是溫室氣體,歐洲人對二氧化碳也特別敏感,認為是引起全球變暖的主因,當然減少二氧化碳的排放其實就是減少傳統汽車對石油的消耗。
上圖是世界各地法規對碳排放的要求,其中歐盟對排放要求最嚴格,到2020年,要求百公里油耗降到4L,二氧化碳排放降到95g/km;到2020年,中國提出的乘用車平均油耗標準是百公里5L,政府對排放和油耗的要求越來越嚴格;雖然這是個平均指標,但是中汽研的一份報告提到,看圖:
2017年,我國傳統乘用車目標油耗水平為7L/Km,要達到2020年5.5L/km,這幾乎是不可能完成的任務,所以選擇不同種類的動力總成是必然之路。而在福特的一份報告中提出,假如在傳統車上把現有的所有技術用上,到2020年油耗也只能降到6L/km,離目標還是差點。
在這些背景下,在全球範圍內掀起來一股汽車電動化的趨勢。
目前我們需要怎樣的混合動力?
目前每家汽車公司對於未來動力總成都有不同的儲備,傳統動力或者混合動力,甚至純電動都在考慮範圍內。
根據動力來源,我們把混合動力汽車分為輕混(48-100V);油電混合(HEV,比如豐田普瑞斯);插電式混合(PHEV,比如凱迪拉克CT6);增程式混合動力(EREV,比如雪佛蘭Volt);當然還有純電(特斯拉)。
而今天我們討論的48V也好,90V也好,屬於輕混系列。我看別的回答也有把12V帶起停的系統包括在輕混,其實並不太合適,12V系統只能稱為是帶起停功能的傳統燃油車,電機僅僅是個起動機,用來協助發動機啟動;而48V/90V跟他的區別在於電機不僅僅是起動機,還能夠協助驅動汽車;其次還有48V/90V所具備制動能量回收等,這都是12V不具備的,因此當我們談論輕混或者混合動力時,並不拿12V起停說事。
對汽車動力的選擇固然要考慮到政策和法規,但也要考慮到主機廠的利潤率以及能力,以及消費者的接受度。因此,最好的不一定是最合適的,比如純電動固然方便,簡單,能效高,但是目前看來,短期內並不容易實現。主要的,電池是最大的問題,能量密度,成本等等目前看來都是很大的障礙,因此純電動很美好,但是目前現實很骨感。
在油電混合,如HEV,目前有豐田普銳斯,還有本田的IMMD系統,他們的省油秘訣在於精巧的混合動力構造,以及熱效率很高的發動機;還有君越30H,無論是油耗還是駕駛性都做的比傳統車要好。
插電這塊,PHEV目前有大量車企在這塊投入,PHEV比HEV有更大的電池,及電機,能夠從外部電源獲得電能,目前的思路就是盡量把插電當作純電用,延長純電里程。
對於這兩派來說,發展如何也跟政策有關,中國對新能源的補貼自2017年開始就將逐步下調,2020年也許會退出,補貼力度下降,這兩者勢必受到影響,而且油電混合動力成本也過高,對於他的推廣也是不利的。
況且HEV這條路很難走,短時間內國內很難有突破。技術難度大,結構複雜,不投入大量的精力,很難有發展,如果短時間內強行選擇HEV這條路,那國內很多自主企業都沒法玩下去,因為根本沒有技術儲備。
不得不承認,在純電不給力的情況下,混動將是不錯的折中方案,但是在可以看見的幾年內,由於成本,或者消費者對混動的認可度原因,油電或者插電似乎還沒準備好,現有的技術無法滿足兩年後的油耗法規要求。
因此對於我國來說,為了滿足2020年的油耗法規就必須儘快走輕混這條路。
輕混有哪些好處
在我看來,輕混將是傳統車和強混或電動車之間的過渡,在節油上好處很多:
1;輕混電壓不高,在現有車基礎上,不需要額外的防護措施;而且電壓升高,電流會相應降低,相應的線束能做的更細,功率損耗也會減少;線束等電子部件重量也會降低,而減重對於油耗的影響是巨大的。舉個例子,XT5在之家的實測百公里油耗,由於90V的作用,就從8.7L降到了7.9L,即將在海外上市的全新奧迪A6也搭載了48V系統,油耗也因此降低了0.7L/100Km。
2;由於有了大電機,可以將以往靠發動機帶動的負載,比如空調壓縮機,水泵等由電機驅動,這對發動機來說能減輕不少負擔;這些負載甚至還能夠包括渦輪增壓器助力,電子助力轉向等。下圖為 @辣筆小星 中的SAE 論文[Exploring the Opportunity Space For High-Power Li-Ion Batteries in Next-Generation 48V Mild Hybrid Electric Vehicles] 提到的一些能夠被48V替代的附件,以及最大能夠給發動機釋放的功率;如果加上電子助力轉向以及電子渦輪,最多能夠給發動機解放27KW的功率。
3;配備高功率電機後,能夠提高發動機在低速階段的扭矩,解決帶T車型的低速思考人生問題;甚至直接取代發動機,讓電機在低速時助力汽車。下圖是運用電機後對發動機扭矩的提升效應:綠線表示提升後的扭矩,而藍線表示原來的發動機扭矩,在低速段,能提升不少扭矩。譬如XT5搭載90V系統後,比之前就有明顯的效率提高,比如在起停階段電動機就能提供驅動助力;電機功率能有6.6KW,能夠輸出49Nm的扭矩,大大提升低速階段整車扭矩。
總之,輕混系統動力電機與高功率電池組能夠為傳統能源汽車帶來能效上的提升,下圖為摘自SAE論文的電池功率與節能效果圖,文中預測在使用20KW以上的電池後,節油效果能15%以上,而這是短期內靠發動機技術提升達不到的。一般來說,歐洲人推的48V系統最高能在12V起停的基礎上平均節約6%的油耗;而通用的90V輕混系統又能夠在48V的基礎上再次節約6%的油耗。
這是一個輕混的時代
輕混,相比於強混,是目前性價比最高的成熟產品,對傳統動力系統改動不大,在強混成本以及技術複雜度解決之前,輕混能夠快速的解決燃眉之急。
目前很多企業都在布局輕混系統,主要是汽車零部件,動力電池以及整車廠。
大陸集團估計在今後5-7年,至少一半的新車會配備48V輕混系統。在早些時候。大陸就已經宣布要在中國實現輕混系統的量產,以匹配中國市場需求;2016年德爾福也將電氣化業務搬到了上海,把輕混系統作為主要項目,德爾福也預測到2025年,全球有1400萬輛的輕混系統車,其中一大半在中國;博世去年宣布將會把德國的48V系統研發中心搬至中國無錫,以應對巨大的市場需求。
而國際巨頭如通用,在很多年前就開始了混動的技術儲備,到現在也有了自己的一條完整的混動產品線,從48V/90V輕混系統一直到純電動汽車。
這裡借用 @Brandon Lu 陸總的一張圖,下圖是通用的全系列產品:有應對短期的技術路線如輕混陣營的別克君越,凱迪拉克XT5,電壓也從36V到90V越來越高;也有中期過渡技術路線如邁瑞寶的油電混合HEV;CT6的插電混合動力PHEV;凱迪拉克ELR的增程式混合動力EREV;再到未來最終技術路線純電動Bolt;通用的產品線還是很齊全的。
這裡不得不說,通用在技術儲備上走得還是很靠前的。根據IHS預測2019年輕混車才會陸續上市,如今從搭載90V輕混系統的XT5上市可以看出,通用在這一點已經走在了眾多車企之前;比如,前面說的奧迪A6,A8,雖然會搭載輕混系統,但是還沒上市。
對於國內企業來說,雙積分政策壓力下,也都在積極推動輕混系統。早在2013年,比亞迪就開始研發自己的輕混技術;上汽也投入10億美元用來購買260萬套鋰電池,以應對輕混時代的到來。
根據蓋世汽車的預測,2019年將會是輕混市場的起始年,到2025年,輕混將會佔到全球混合動力汽車的一半,屬於輕混的時代即將到來。根據諮詢機構IHS的預測,到2025年,全球配備輕混系統車將會超過1500萬輛,而中國將是重要的市場。
正好攢了一篇文章,挪到這裡供參考。
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為什麼說90V是豪華車最理想的輕混動?
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近期,凱迪拉克XT5推出了90V輕混動系統,很多人會疑問,90V輕混動系統與48V微混動系統有什麼區別?這是個有意思的話題,我們今天來探討一下。
這是電氣化工程領域的範疇,也是國內被稱之為「新能源汽車領域」,電氣化工程經歷了很長時間的探索,我們目前看到很多分類,包括技術方式分類的串聯、並聯和混聯繫統,也包括以混合度分類的微混、中混、強混系統,也包括技術架構定義的EV、HEV、PHEV、EREV等,每一組不同的分類都蘊含了很多努力嘗試。
90V和48V談論是都被歸在混合度分類的系統中,很多人對於這種分法叫法也不盡相同,比如說英國諮詢公司里卡多的叫法是Stop/Star(直接起停)、Micro
Hybrid(弱混)、MildHybrid(中混)、FullHybrid(全混),福特的叫法則是MicroHEV、MildHEV、MediumHEV、FullHEV,德國諮詢公司舍弗勒的叫法是MicroHybrid(弱混)、MildHybrid(中混)、FullHybrid(強混)。福特汽車混合度分類
舍弗勒混合度分類
90V輕混動屬於「中混」,一個很有意思的現象,從福特及舍弗勒的分類中,凱迪拉克XT5
90V系統被稱之為中混,因為它採用了90V的系統,同時最大功率是10kW,滿足這兩家企業的中混定義,在通用體系中,可能通用相對低調稱之為輕混動系統。事實上,通用汽車有著比較豐富的電氣化工程解決方案,從燃料電池汽車、純電動汽車、增程電動汽車、插電式混合動力汽車、強混、中混、輕混和直接起停等諸多方面和車型。
而諸多車型技術選擇中,依據了三個方面:動力表現、油耗表現、成本控制。
很多人都在詢問90V系統與48V系統的區別,本質的表現則是上述三個方面的平衡點不一致,相對應來講,豪華車採用90V系統要遠優於48V系統。
電氣化是新能源技術的一個簡稱,在進行電氣化工程應用的時候,根據不同的電氣化工程定位有著不同的應用。
眾所周知,EV、PHEV/HEV以及傳統燃油車輛都有著自己獨特的特點,這也讓我們看到了更多的可能性,除了純電動、插電式混合動力、強混之外,在HEV領域,也有著不同的類型,例如:奧迪、賓士推遲了48V微混系統,以及凱迪拉克推出了90V輕混系統,這些系統格局都有自己的特點。
而90V系統則是不改變發動機等前提下研發的輕混動系統,由於電壓和功率更高(可達10kW),在輔助驅動、制動能量回收、起步驅動等工況下表現更好,可塑性更強。
將48V微混系統與90V輕混系統對比,個人理解,48V會成為多家汽車企業全面推廣的技術,因為其在成本控制方面更加出色,容易推廣。而在豪華車領域,90V輕混動系統的潛力更大,以消費者駕控、油耗為導向,更應該讓電氣化工程提供更多的能力,特別要專門進行變速器、發動機等系統進行體系化的開發,才能讓消費者得到最佳的性能和性價比。
我們看看90V系統如何與9AT進行的優化集成。
我們可以分析一下凱迪拉克XT5的輕混系統工作原理,相對應來講它集中在幾個方面:
發動機停機的時候,我們看到9AT專門開發了相應的蓄壓器系統,包含活塞和彈簧,其主要功能為在發功機進入Start-Stop的停機狀態時,儲存高壓油,保持變速箱的工作油壓。
發動機重新啟動時,蓄壓器可以迅速釋放儲存的高壓油,使變速箱立即進入工作狀態,縮短Start-Stop重啟時間,給客戶更平順的發動機啟停體驗。
發動機起動的時候,作為傳統發動機天然屬性,扭矩相應較慢,特別是小扭矩的時候輸出扭矩平順性不夠優秀,這是每款發動機天然屬性,90V系統能夠在這個區域協助發動機進行輸出扭矩調節和平順。
這個時候,90V電氣化系統,能夠採用高於48V更高的電壓,更大的扭矩和功率能力來配合變速器、發動機工作,給予消費者更多的優秀體驗。
起步階段,90V電氣化系統根據整車需求,提供有必要純電驅動能力,避免小負荷狀態發動機效率低的問題。
部分加速階段,90V電氣化系統與9AT聯合工作,提供助理、優化扭矩,讓9AT進行換檔的同時最大地優化駕乘體驗。
勻速行駛階段,調整發動機工作在高效區域,實時地通過90V電氣化系統為電池充電。
瞬時收油門的時候,相對應傳統車輛斷油不平順,在完全可以斷油,讓電機輔助平順扭矩。
制動或者滑行的時候,通過90V電氣化系統進行反拖發電或者輔助維持扭矩,讓發動機避免低效區。
得益於90V系統,XT5在起步階段加速度能夠提升15%,百公里加速8.2s。此外與9AT自動變速箱配合下,百公里油耗大致在7.9L,燃油效率提高10%。
借鑒PHEV平台讓輕混系統更全面,相對應來講,90V系統的設計開發,也是GM的優勢,在凱迪拉克CT6
Plug-in的基礎上,在電氣化架構、電池組、和線束集成、元器件集成等方面通過平台化的架構,在成本增加非常有限的情況下,衍生了90V輕混動系統。當然,電氣化工程是個系統工程,單純談電壓等級沒有實際意義,在整個技術架構的基礎上,有針對性地進行各項集成和應用,才是整個電氣化核心意義,正如我們看到的90V系統以及為這套系統搭載專門9AT系統,90V系統讓9AT更出色,9AT也給予90V更多的擴展空間,這是一款豪華車最應該注重的設計,也讓我們拭目以待。
謝邀,這個最近德媒也在報道,關注的同時也仔細研究了一下,48V可以說是歐洲廠商定下的「標準」,主要就是油耗和環保的考慮,用很小馬力的電動機輔助發動機做的輕混動。比如剛剛中期改款的賓士S級,大換代的奧迪A8,兩款德系旗艦都在6缸機上搭載了48V系統。再比如沃爾沃前一陣宣稱放棄傳統燃油動力,也是玩了個文字遊戲,其實就是要在旗下車型上普及輕混。
在歐系統一用48V之前,通用就已經在研發這套90V系統了。並且90V理論上可以在啟動瞬間更快的釋放最大扭矩(49Nm),一定程度上更穩定,效率也更高。第一代輕混動系統(Belt Assist System)誕生於2006年,搭載在雪佛蘭Saturn上,第二代則搭載在12款君越e-Assist上,目前的XT5 28E使用的則是改良升級過的第三代輕混系統。
輕混系統最大的優勢就是減少油耗,並且因為電動機幾乎瞬間就可以達到最大扭矩的關係,動力和平順性都有所提升。
通用的90V和歐系48V主要的區別是,通用的90V系統只有啟停和驅動在用,車內電器依舊走的是普通的12V電,車裡同時配備了90V的電池組和12V的電瓶,空調壓縮機也是靠發動機皮帶驅動。而歐系的48V系統,大多是給整個系統供電,包括車內電器,發動機不工作的時候也能帶動空調系統製冷。因此有的48V整個車身的電氣系統都要配置更高電壓的電線,高壓線束也可以起到減重的作用,稍微平衡一點電池增加的重量。
而通用這樣一套獨立的90V系統構架更簡單,不需要做太大的改動,這也是為什麼XT5在小改款的時候就可以增加這樣一套弱混系統,而價格也沒有變。
和很多單純只是為了省油的混動不一樣,這套系統在不破壞傳統燃油車駕駛感受的基礎上,輔助發動機工作。尤其是90V系統由於電壓高,所以啟停在起步階段反應更快,電動機先短時提供動力,加速的時候和發動機一起工作,平順扭矩和提升加速,大扭矩電動機也能彌補燃油發動機相對較弱的低扭,減速回收動能,儲存電能,在啟停和加速的時候再用上。這套系統純電動行駛的機會很少,重點在於減少油耗和提升駕駛的平順性。
數據也證明了這點,XT5 28E的動力上提升不是很明顯,0-100加速只縮短了0.2秒,但是在節油性上面得到了明顯的提升,工信部門油耗減少了0.8升,認證車主平均油耗減少了1.1升,也就是10%,可以說省油效果非常明顯。新的動力系統在90V的電動機加持下,平順性也有明顯的提高,尤其是起步和低速行駛階段。
為了提升駕駛平順性,XT5可以說是兩手準備,除了新增90V系統,還搭載了通用自己開發的全新9AT變速箱。之前在答案里(Fazioli:渦輪增壓普及後,驅動技術會進入變速箱競爭時代嗎?)有提過,檔位多不一定比檔位少先進,主要看調校。現在不少的8AT,9AT,最高檔在我國交通法允許範圍內用不上,多出來的檔位帶來的重量,在日常行車中反而增加油耗。調校不夠好,和發動機匹配不好,檔位過多還更容易有頓挫感。
但通用的這個9AT並不是簡單的加一檔,二是在中低速段增加了1檔,2檔升3檔的減速比步長只有1.1,可以提升換擋平順性,而在急加速的情況下變速箱可以直接2檔升4檔,升檔更快。另外這款9AT完全線控,省去了機械執行的環節,換擋效率更高,操作更方便也更可靠。
題主問到,搭載9AT+輕混系統的XT5目前的競爭力如何,那就直接拿幾個歐洲競品來看看。
作為XT5的直接競爭對手,全新一代奧迪Q5隻有頂配的SQ5有48V混動系統,所以未來國產加長版本在中期改款之前應該不會搭載48V輕混系統。沃爾沃XC60雖然是今年新出的,但目前還沒有搭載48V系統,同理,國產加長應該也不會有。賓士的話,S級中期改款搭載了48V系統,但只有直列6缸的S500車型才有,未來GLC中期改款4缸版搭載的希望也不是很大。更何況歐系的48V系統,有的是需要把整個電氣系統換掉,按照歐系7-8年換代,3-4年中期改款的套路,XT5這次差不多領先對手至少三年。
油耗方面,XT5 28E的油耗下降將近10%,這在車長4.8米級別的SUV上十分顯著。對比其他歐洲競品(XC60、Q5和GLC)都是4.6米級的情況下,28E車身大了一圈,整車質量接近2噸,但工信部油耗依舊算較低的。普通燃油車只能通過輕量化減少慣性、提高燃油效率、增加啟停等來達到省油效果,但由於12V系統本身電壓較低,自啟停的省油效果也是相當有限,其他方面也都比較難改進。相比而言,XT5增加這個90V系統雖然重量所有增加,但是關鍵是能回收滑行和剎車的動能,再在加速的時候用上。
至於平順性方面,這套90V系統整體動力輸出低速下平順,自啟停能快速啟動,而且多了皮帶的緩衝,可以減少頓挫感,所以相比現在的競品都是燃油車有一定優勢。其次,對於XT5換裝的9AT,國內一些試駕過的媒體用了「聰明」、換擋邏輯清晰,平順、加速積極、齒比綿密等字眼來評價。相比來說,同樣是9AT的賓士GLC, 3、4檔頓挫感更明顯,並且GLC的9檔要在120km/h才能掛上,也就是上面提到的「在我國交通法允許範圍內用不上。
通用在中國誠意一向比較足,在歐美介於GLE和GLC之間定位的XT5在國內價格和GLC差不多,並且這次小改款增加了90V系統和9AT,加速更快,更平順,更省油,價格還和改款前保持不變。當然,這也和通用這套90V系統比較容易兼容現有的動力總成有關,同樣車型以後如果繼續升級成強混系統,也會更容易。越高壓確實意味著損耗越低,高中物理考試經常要你算損耗功率等於電流平方乘以電阻。但這個並不是通用另立標準的原因,背後目的其實跟早期電動車千奇百怪的充電介面一樣,誰都想去控制輕混技術標準,以佔據發展先機。可是歐洲廠商基本都明確用48V,甚至連自主品牌也是用48V,說明48V已成共識,單靠通用一人很難去抗衡這個大趨勢。不僅我這麼看,連通用自己也這麼認為。跟通用的人聊天,就提到通用也在研發48V,背後還是留了準備。或許90V輕混只是曇花一現,很快就跟隨歐洲廠商採用48V標準。
不說太未來,就拿近期的XT5輕混車型來說,前陣子實際體驗過。單以90V輕混這點來看,XT5輕混更象台「概念展示車」,有這個架構,但很多相應功能沒能使用。打開尾廂底板,會看到有兩個電瓶。其中小電瓶就是傳統的12V電源,用來車內電器供電。換言之,XT5主體還是走12V架構,只有啟停和驅動部分用90V架構,並沒有前文所說降低車載電器功率損耗的作用。畢竟在90V架構下,車內電器要重新適配,而且供電線也有所不同,通用還沒下決心去推進。小人之心點看,通用此舉也反映出自己對90V架構沒太大底氣,只是在試探性進攻。當然啦,48V說白了是個應試技術,用來對付歐洲在2020年嚴苛到變態的環保法規。通用作為美國品牌,在歐洲市場銷量並不大,最主要還是美國本土和中國,造輕混更多是出於防守,內在並沒有歐洲廠商那麼迫切。
實際體驗下,XT5輕混的啟停憋氣時間很短,也就大概20-30秒左右。在熄火憋氣時,從中控屏幕里看到90V電瓶還有很多電量,但由於空調仍屬傳統12V架構,依然得靠發動機皮帶來驅動,等於90V電瓶有電也用不了,迫使發動機啟動來保證空調運作。反觀新一代奧迪A8,整套系統就完整很多,全車都改走48V架構,在紅燈熄火時,48V電池由於儲存了剎車時回收來的電能,使得大功率電器可以長時間工作,啟停憋氣時間應該可以更加長。雖然還沒開過真正全架構的48V輕混,但根據原理來推斷,啟停過程估計會像真正的混動車,停車時發動機都是停機的,整個油耗和NVH能有所提升。當然啦,以上純屬鍵盤,情況不一定那麼絕對,因為像奧迪A8這類旗艦轎車,電器設備比其它車多得多,耗電量水漲船高,會抵消電池容量上的優勢。說了那麼多,不是說48V架構比90V架構強,而是通用90V目前還沒全力出擊,我們還真的沒看到這個架構下的優勢。
之前教科書上說36V是人體安全電壓。
顯然36V對於混動車還是太弱了,歐洲採用48V一個理由就是:48V也屬於人體安全電壓。(確實比36V才高一級,安全電壓也是能通過)
採用48V的另一個原因是:傳統車使用12V,但是車子用的電器越來越多,燈泡,音響,中控屏,還有主動懸架,都是要用電的。12V的話已經不堪重負。歐洲採用48V,目的是升級全車的電壓,這樣布線簡單方便,不存在太多變換電壓的情況,成本上具有優勢。
歐洲目前採用48V的弱混系統,但還是有點謹慎的:全車電器用的48V,但是依舊保留了一個12V的電瓶,僅僅用作內燃機的啟動電機。(我猜測保留這個12V最可能的原因是,全車沒電的時候,方便從別的車取電實現啟動內燃機。未來可能會取消掉這個12V,只是可能。)
美國採用90V的弱混系統,估計全車電器的電壓還是12V,90V的電壓只存在於發動機艙,電池包,電動機之間。
對比一下48V於90V的優缺點。
90V優點:電壓高,混動系統工作效率稍高。48V優點:全車電器電機全部採用48V,屬於安全電壓,布線要求比較低,使用48V主動懸架布線也不必要求太高。90V缺點:90V屬於高壓,要有更高的絕緣措施,燈泡,中控,音響等等電器不能使用90V的電壓,只能使用傳統的12V電壓。
48V缺點:貌似只有一個,因為電壓低,就是電動機體積更大,效率稍微弱了一點。(話說,要是90V的弱混,把全車電器的電壓也升級為48V,雖然成本高了一點點,但無疑性能更加優秀)
個人認為:未來所有的汽車全車電器都會升級為48V的電壓。
這不意味著歐洲的48V混動系統取得勝利。混動系統單元,我認為可能會百花齊放。什麼意思呢?
例如:歐洲全車電器採用48V,混動系統也採用48V。美國全車電器採用48V,混動系統採用90V。中國全車電器採用48V,混動系統採用250V。這是極有可能發生的事情,因為48V只適用於小電池,如果是安裝一個10KWH以上的大電池,屬於插電汽車了,就必須使用更高的電壓。
話說,弱混是為了延緩內燃機的衰敗,採用48V無疑是成本最低,最明智的選擇。(在法規測試的時候,能夠達到90V同樣的油耗,成本更低)
按照使用用途來劃分:主要跑高速:如長途汽車之類的,無疑是傳統內燃機最節能。主要市區上班:無疑是插電汽車最划算,純電50-80公里,日常使用足夠了。弱混系統呢:純電里程只有幾公里,成本也不高,主要的目的是消滅每天市區上班的傳統內燃汽車。可以很明確的告訴提主,通用也在做48V,最快明年,會有多款搭載48電機的暢銷車型上市。
簡單介紹一下48V
48V系統由三大件組成:電機、鋰離子電池組以及DC-DC轉換器。48V系統一般與內燃機並聯。有數據顯示,相較於高壓混合動力系統,48V微混系統能夠以三分之一的成本提供了全混合動力的三分之二的好處,讓燃油經濟性提高了15%至20%,保守講10%一般都能夠達到。
其中,電機和電池組的功能大家都知道,DC-DC主要是用來作為電壓轉化的作用。將48V降壓至12V,為整車低壓用電器提供電源並為12V蓄電池充電;將12V升壓至48V,為整車高壓母線升壓完成預充從而閉合主繼電器,也可為48V電池反向供電。
早些年,大約2000年的時候,業內開始討論42V系統,42V與48V一樣,都屬於60V以下的低壓系統,不過最終因為雙系統的成本,產品耐久等原因以失敗告終。
但是近兩年的,隨著油耗政策和節能減排的要求,48V又被大範圍的提出來,博世,大陸,德爾福和法雷奧這幾家都是48V系統的關鍵部件供應商
之前業內知名諮詢公司IHS曾經給過一個評估。2022年,48V微混車在所有混動車(中混+強混)中的銷量佔比57%
看了一下觀點
這裡面廣汽-菲亞特以及上汽通用五菱這兩家特別有魄力,規劃把所有原內燃機的車型切換為48V中混。
48V的優勢可以很明確的看到,增加不大的成本,能帶來10%的可觀的油耗收益,對原車的更改也不是很大
但是問題來了,為什麼很多車企遲遲不量產。
48V的主要困難來自於以下幾個原因
一是,零件不成熟,電機、電池、DCDC產品都沒有很好的達到可靠性的驗證,做電機的,也就博世、法雷奧做的不錯,選擇性不多,做電池,就更加尷尬,大型電池廠著急做混動、純電動,要麼覺得48V量太小,都看不上,要麼產量都飽和了,接不了單。總之處在一個挺尷尬的局面。
二是因為整車的系統集成做的還不夠好,並不那麼可靠,即便是通用,在試驗中也多次出現問題電機失效的情況。
我們再來看看凱迪拉克這款車,試駕的人的感覺都是對加速沒有提升,電機存在感很弱。
增加的這款90V系統,只有啟停和驅動會用到90V供電,而車內電器依然在走12V供電,輕混對整車油耗的幫助比較大,從原來的工信部油耗8.7L/100km變為7.9L/100km,這款90V的系統,由於用了高壓電線等系統,比48V成本肯定是增加的,但是在凱迪拉克上應用,其單車本身的溢價能力比較強,能夠接受這點成本,所以車價也沒有往高里走。
目前這套系統也只有啟停和驅動會用到90V供電,而車內電器依然在走12V供電,對與產品開發來講,參與的越少,更改越少,風險也就越小。對於通用來講,就是簡簡單單,做一款產品,成本不高,油耗降了不少,那就夠了。
類似的故事發生在好多年前的大眾身上。
當大家都還在10萬元家轎上推AT的時候,大眾另闢蹊徑全品牌推DSG,並且引領了之後數十多年的風潮一直到現在。
在汽車界,紅利往往會讓第一個吃螃蟹的人獲得。
歐洲零件廠和主機廠最早搞出可量產的48V,因此和48V有關的專利也在這些歐洲企業手上。
後來者想用,就得交學費。
鑒於目前汽車行業的競爭程度,這個學費會是「喪權辱國」級別的。
國家對知識產權保護的越好,這個學費就越貴。
那麼美國人通過開發90v系統,來避開48V相關的零部件專利,就是再正常不過的現代工業行為了。
不需要太過多的解讀。
哈!
汽車電氣系統是從6V→12V→42V→48V這樣過渡的。
6V電氣系統是隨著起動機的出現而出現的,那是20世紀30年代,車內用電設備很少,所以6V可以滿足。後來車內用電設備越來越多,6V不夠用了,就出現了12V。12V電氣系統一直統治汽車半個多世紀直到今天。
期間,美國機動車工程師學會曾經提議把電壓升到42V,但是廠商們不呼應,一個原因是當時車內用電設備的總功率在12V系統下完全吃得消,廠商沒有足夠的動力。
不過隨著車內用電設備的增多、各國政府對油耗的要求提高,12V系統在接入發動機啟停之後,已經達到了功率的極限。
如果要引入輕混技術,汽車電氣系統總功率需求會達到10~15kW,所以歐洲以供應商為主導的48V電氣系統就提上了日程。歐洲陣營的汽車廠商迫於油耗政策的壓力,表示相當歡迎48V電氣系統的推廣。
至於通用推出90V,個人覺得並沒有太多專利等等的問題所在,通用的90V系統原理跟48V相同,只是提高了電壓。不過我有另外一個角度的考慮,就是當初歐洲陣營選擇48V這個電壓水平,也是因為60V是直流安全電壓上限,而48V電氣系統的充電電壓為56V,沒超過60V,因此不需要採取額外的安全防護措施。
通用在凱迪拉克XT5 28E上推90V輕混系統,不知道在安全防護這裡是如何考量的,或許通用覺得涉及混動的大功率用電設備離人體都比較遠,因此即便用90V也不礙事。或者是通用已經針對90V做了額外的安全防護,只是官方怕引起不必要的歧義和恐慌,沒有宣傳。
電動車在保證安全的前提下,同等電流,電壓越高電動機功率越大!!紅脖子皮糙肉厚,90V電不死!不怕!歐白左是江湖混老了,膽子混小了!還是搞48V安全點!
謝邀!
這裡面並沒有原則性的問題,也就是說用48V或者90V從技術上都是可以的。
但是,高電壓和低電壓都有各自的優缺點。
我們都知道,P=U*I,那麼同樣的功率,如果電流大,那麼電壓就低,如果電流小,那麼電壓就高。
所以,如果選擇低電壓,那麼就要用粗導線,但是好處是電壓低,絕緣方面成本低。
如果選擇高電壓,那麼就可以選擇比較細的導線,這部分成本低了,然後絕緣方面的要求就高了,從而絕緣方面的成本也高了。
所以,這僅僅是一個綜合權衡成本的問題。
當然,這裡面有可能有規避專利的問題。
順便提一下,48V人體接觸的話就有被電的酥麻感覺了,注意:不是「渾身暢快 遍體酥麻」的酥麻!但是對人體並沒有太大傷害。90V就有一定危險性了,不過觸電也不會立即帶來生命危險。
48V和90V的輕混動系統,其實很多業內大咖都已經解答的很詳細了。凱迪拉克XT5在成都車展發布輕混動時,我恰好在場,也試駕體驗了這款車,所以可以從車的實際表現談談這套系統的感受。
正常來說,這套系統的成本都是比較高的,畢竟能量制動回收,更大的電池、電壓、電機等等都是成本不菲的零部件。因此,凱迪拉克XT5 這次搭載90V輕混動系統主要應用在旗艦的兩款車上,價格沒有變化,屬於旗艦新增福利,背後傳遞出來的考量是上汽通用想把最先進的輕混動系統先放在凱迪拉克品牌上,拓展電氣化戰略,進入輕混動領域。
從官方數據上看,搭載90V輕混動的車型在油耗上提升比較明顯,從8.7升工信部油耗提升到了7.9L,屬於大幅提升,幅度達到了10%,可以說油耗方面是立竿見影,可是加速能力方面僅僅有0.2秒的提升,我們也能看出來這套輕混動系統的主要目的還是經濟性。
通常,輕混動系統是可以增加發動機功率的,因為它可以解決大多數低速下的行車表現,這就可以讓渦輪增壓發動機的渦輪適當增加一些尺寸,進而提升整車功率水平(小幅)。這套輕混系統由2.0T發動機+電動機組成,發動機最大功率為198kW,峰值扭矩為400N·m。該車動力電池包被安裝在後軸上方,電池容量為450Whr,電壓為90V,電機的輸出規格為10kW、49N·m。
電機的輸出扭矩不算大,但對於低速下的動力輸出其實很有必要,我們大概知道發動機在起步時低檔位反應是特別敏感的,稍微踩下油門發動機轉速就會發生劇烈變化,所以電機的加入可以解決這個問題,車輛的起步完全交給我好了…
第二點是對於渦輪增壓發動機來說,數據越搶眼其實渦輪尺寸越大,越大渦輪負壓時的表現越不好,前後動力輸出的突兀就越明顯,此時如果有一個額外的動力補足發動機的劣勢區間,那就可以很好的銜接前後動力輸出。我們其實可以相當於理解它為是低速下的一套混動系統,把普通混動系統的上限拉低就可以了。
有這樣的體會之後,其實我心裡明白XT5 28E主要的體驗重點就是低速狀態下,第一、靜止起步時純電動工作;第二,加速電機和發動機同時工作;第三,整體動力輸出低速下是否平順,第四,自啟停平順和更快啟動
當然,這台XT5 28E已經換裝了通用自家的9AT,對於平順性也有一定的加成,不過XT5 28E起步的一瞬間的的確確是純電動推動的,配合電機的特性,那種過去需要深踩下油門起步的感覺直接變的輕快了許多,你根本不需要深踩油門了,輕輕一踩,XT5 28E就開始滑動,基本做到了輕踩多少有多少。當然由於電機尺寸不大,所以這個過程並不長,比較短暫,但感受比較明顯。
這個階段以後發動機就開始啟動了,只是不噴油罷了,可以保證油耗。隨著速度繼續爬升,開始考驗車輛的渦輪遲滯表現,其實在車輛中控的液晶屏上你能看到電動機此時和發動機共同推動,前後兩段渦輪正壓和負壓的銜接變的優秀了。
對於一台峰值扭矩400Nm的發動機來說,渦輪負壓其實特別影響駕駛感受,尤其是凱迪拉克這種主打駕乘的豪華品牌。電機的50Nm補足了渦輪負壓時的發力,但由於電機功率不大,所以加速進行沒多久就退出了推動狀態,完全交給了發動機。
共同驅動的時間其實就相當於我們平時踩油門感覺到渦輪有遲滯的那麼一小段時間。現在渦輪發動機和變速箱配合越來越好,很多人講已經意識不到渦輪遲滯,但其實還是存在的,只是你不認為那是遲滯了而已,在XT5 28E上它至少告訴了你真正沒有渦輪遲滯的動力輸出應該是怎樣的。
發動機接管工作之後,如果工況趨向穩定速度平穩,那麼發動機就開始給電池充電了(當然電池的容量也來自能量制動回收系統,這是後面要談的,此時只談踩下油門尚未抬起的狀態),電池容量有了保證,如果需要小加速,電動機依然可以提供一些幫助,雖然這種幫助在最終動力上沒有太多直接的感覺,但唯一的感覺就是順暢。
如果你的加速結束,瞬間收起油門,發動機又會立即進入一種不噴油的狀態,電機此時又開始介入工作,解決發動機停止噴油後的扭矩平順工作,然後進入一種能量制動回收狀態給電池充電,如果電池電量充滿,速度又不高,XT5 28E可能還會進入一段並不長的純電動驅動。可以說在停止的整個過程中,發動機大多數都不在噴油了。
這其實還不是重點,重點是這台車在停穩之後的自啟停已經不再像過去的那種情形了,過去的啟動馬達帶動發動機的結構,會導致啟動的一瞬間發動機發生抖動,而且比較明顯。XT5 28E上沒有這種感覺了,已經被輕混動消滅於無形中了。
從整體上,我不認為XT5 28E加入輕混動會對動力產生多大的影響,更多的感覺在於它是在提升整個動力輸出的平順性,讓整台車的駕駛品質更高。這可能也是為什麼加入了50Nm的電機,整車的加速相比過去只提升了0.2秒。
我們可以認為這0.2秒就是電機的功勞,而且是積少成多得出的一個時間段,而這個0.2秒在整個0-100km/h的加速里恰好是發動機表現相對最為弱勢的一個階段,雖然短但是感受卻是瑕疵的,90V輕混動的加入就是解決這個0.2秒的動力輸出不均勻。發動機一旦工況不適應,電機就積極補強,讓整台車的動力始終沿著一條線有規律的輸出。
雖然動力上的幫助更多是規範動力輸出曲線,但其實電機加入之後,發動機不噴油的情況大幅增加了,所以在經濟性上能提升10%,也就是百公里0.8L,這個成績性價比已經相當高了。
凱迪這套混動很失敗,6.6KW的小電機,按250A的線路承受能力。別說48V,36V都足夠了。 結果用了超出直流安全電壓的90V,成本和高壓方案一樣。但是6.6KW的小電機,對內燃機低效率區域的彌補只能說聊勝於無吧,最終反映到油耗上也只降低了0.8L,但車價卻貴了4-5萬。
10KW以內的電機,就應該按德國方案把電壓控制在48V以內(直流安全電壓),這樣對原車的改動最小、成本也最低。如果一定要用90V的電壓,至少要配上20KW的電機才有意義。
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