為什麼 48V 輕度混合動力比 24V 更省油？

01-21

為什麼 48v 輕混會比 24v 更省油？

不了解24V系統，就與傳統的12V啟停系統做個比較。

結論放前面：48V系統有很多好處，其中對節油最主要的貢獻是能夠支持制動能量回收，加速輔助以及啟停和滑行時停機。

48V系統是現在非常非常非常熱門的方向，都快到了不提48V都不好意思和別的主機廠打招呼的程度。關於這個問題展開了可以寫很多，中汽研有一份《48V怠速啟停技術調查分析》，基於這個報告再結合其他的一些供應商，我摘抄了下面這幾項內容：

12V怠速啟停系統現狀及潛力
48V啟停系統及其優缺點
12V+48V系統的混合

啟停系統的推廣與普及主要是源於能源壓力、法規要求和政策鼓勵。通過怠速啟停技術，可以節約發動機空轉時的燃油消耗，降低排放。

12V怠速啟停系統現狀及潛力：

目前12V怠速啟停系統主要有三個解決方案：博世（博世大法好啊）、法雷奧和馬自達，他們的特點如下表

其中，博世的SMG系統包括可控發電機、AGM電池、增強型啟動機及感測器和控制系統。將啟動機和發電機分離，並對啟動機進行加強，熱啟動時間大概0.7s。這套系統零部件少並且與傳統的零部件尺寸一致，可以直接配套。目前寶馬1、3、5系和X1，賓士ABCE系列，奧迪A6、A8，大眾的帕薩特高爾夫等都是採用博世的這套系統

法雷奧的IMG系統包括了集成的啟動機/發電機、AGM電池、交流發動機啟動器以及感測器，控制器集成在發電機內。集成的啟動機/發電機是一個通過永磁體內轉子和單齒定子來激勵的同步電機，同時具備啟動、發電和制動能量回收等功能。PSA、賓士和Smart的部分車型採用了這套系統。

馬自達的SISS啟停系統的實現思路就完全不一樣了，這套系統通過直噴發動機燃油燃燒的膨脹力帶動曲軸反轉，再向新進入壓縮行程的氣缸噴油點火，使發動機進入正常工作狀態。不需要啟動機帶動，發動機自身就能完成重啟過程，啟動機僅僅起到輔助的作用，啟動時間更短，比博世的SMG要快一倍，僅0.35秒。現在在馬2、馬3和馬6系列的車型上有所應用。

目前國內主要是採用博世的SMG技術

隨著CAFE的壓力，目前估計在剔除新能源車輛對CAFE影響的前提下，2019年和2020年傳統能源車輛的平均油耗要從6.2L/100km和5.5L/100km。眾多車企表示，現有技術做不到啊啊啊啊。

以大眾朗逸為例，預計在應用各項節能技術後，理論上的油耗可以從6.9降到5.24，但還是高出2020年目標值0.34L。而這些技術的成本加起來要一萬多啊。

因此，12V怠速啟停等技術的節油潛力已經達到瓶頸了，在2019年之後不能滿足企業達到CAFE標準的需求，電氣化會成為未來的主要方向。怠速啟停和制動回收都是有效的節能技術手段，但是在12V系統中，由於電壓較低，得不到很好的發揮，增加技術成本的同時節能效果有限。在未來，12V的電氣系統將限制節能技術的發展。48V啟停系統及其優缺點

由於主流的12V系統難以滿足未來節能的需求，因此促使歐洲各車企和供應商開始進行48V系統的研究。但目前還處於技術研究階段，沒有量產車應用。

48V系統具有下面這些優點:

能夠滿足先進節能技術的應用

48V系統所採用的鋰電池可以短時達到15kW的回收功率，充分有效的吸收制動能量，並且可以提供0.5kW的電能供應

節能減排效果比12V系統好

48V的啟停系統可以融合電動轉向助力等多項節能措施，油耗比12V提高10%左右
48V系統可以在巡航狀態下停止發動機運轉，靠鋰電池中制動回收的能量就能維持巡航

有利於汽車附件的電氣化

48V系統可以支持電動壓縮機、電子水泵等附件在發動機停機時運行，而傳動的12V啟停在開啟空調後發動機就要開始運轉
可以減少線束直徑，為更多附件提供能源

減重

採用48V系統，導線、電磁閥和電動機等元件的重量可以進一步降低，從而對油耗做出貢

雖然有這麼多有點，但是48V也有很多缺點

高壓保護

48V屬於高壓電，因此需要額外的許多保護措施，這會帶來成本的大幅上漲

由於電壓升高，電磁兼容性也會變差
安全性和噪音

電源線搭鐵會有電弧，是風險隱患
系統工作噪音會增加

成本與兼容性

由於目前車上的用電負載基本上都是12V的，採用48V系統必然會要求重新開發這些元器件，成本過高。

12V+48V混合

為了提高系統兼容性，降低推廣難度，現在業界提出的主流方案都是12V+48V的方案。相比直接上48V或者混動，更容易實現。

採用48V系統，前面提到的朗逸可以將油耗降到4.7L/100km，比使用傳統技術的5.24L/100km有了明顯的改進，基本能滿足2020年的CAFE要求。

現在業界巨頭們都有了自己的系統方案，比如博世（真是汽車技術繞不開的巨人）

系統中包括48V鋰電池、DC/DC、12V鉛酸電池、電機等等，能夠實現下面這些收益。

另一個巨頭AVL的系統也很類似

目前，很多主流歐洲車企都有自己的48V產品計划了，國內對48V的研究也很熱門，比亞迪和五菱都在這上面大力投入。

歐洲的主流供應商也有了相應的產品，整個產業鏈已經基本建立起來了。

不過對於48V系統，業界也有很多爭論，現階段48V還沒必要，可以看到主要的投產計劃都在2020年前後，到2025年有點前途未卜，畢竟成本不算低，雖然比傳統的12V系統更省油，但還是比不過200-600V的強混。尤其是考慮到雷凌和卡羅拉的強混現在只賣13、4萬，到時候價格進一步下探，那麼48V的市場有多大就很難說。

~~~把自己寫過的一點東西拿出來~~~~~

當時寫的時候還借鑒了不少樓上大神的圖片~~~~~

還有一些視頻內容，就不放上來了，想看的請查閱公眾號：QCECUSJ

006 乾貨：48V時代要到來了嗎？

為什麼推出48V系統？

其核心的原因就是法規中關於油耗的要求。2012年歐洲新車平均二氧化碳排放水平為132.2克/公里，2020年則將削減28.1%。歐洲汽車製造廠商如果將來不能滿足有關CO2排放量限制的要求，將面臨每車每超每克最高95歐元的罰款。從2016年1月1日起，國家第四階段的燃油限值標準正式實施了。根據工信部最新發布的新修訂的《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》。這兩項國家強制性標準要求，從2016年開始，直至2020年，所有企業生產的乘用車平均油耗必須降至5.0升/100公里。這個對於大多數現有車輛均是難以達到的標準。

唯一的辦法就是使用混合動力！可是混動車的成本一直居高不下（還有豐田的專利限制），12V的啟停技術的降油效果又不夠明顯，所以零配件廠商就想到了用48V電氣系統來取代或者部分取代現有的12V電氣系統。在儘可能少的增加成本的前提下來達到排放法規關於油耗的要求。IHS在4月份最新報告中預測，截至到2025年，全球48V輕度混合動力車輛將超過1200萬輛，基本上是全球皮卡車年度銷量的四倍，佔到柴油車輛市場的一半。中國將成為世界上擁有最多48V輕度混合動力車輛的地區，歐洲緊隨其後。

圖片源於微博（德爾福中國）

48V系統核心部件

所謂48V系統，其實是一種輕度的混合動力，也可以將其看成是起停系統的升級版。這裡需要提到的是，其並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。其主要設備包括：

（1）48V電源：48V系統所採用的鋰電池可以短時達到15kW的回收功率，充分有效的吸收制動能量，並且可以提供0.5~1度的電能供應。

（2）DC/DC轉換器：將48V電壓降為12V電壓為附屬設備供電。

（3）48V電機：可以提供更大的功率。

（4）48V控制器：用於監控電池的SOC以及控制電機模式。

大陸48V驅動式啟動電機

48V系統有哪些優點？

48V系統的出現可以說是混合動力車和12V啟停技術之間的一種過渡，亦或者說為兩者搭起了一座橋樑。相比於普通車，48V系統具有如下優點：

（1）低於60V安全電壓，不需要採取額外的電壓防護，相對高壓混動系統，成本更低；

（2）相對於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）由於BSG(Belt-driven Starter/Generator 皮帶傳動啟動/發電一體化電機)技術和ISG(Intergrated Starter/Generator集成啟動/發電一體化電機)技術的輔助，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，並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 BSG容易替代原有的12V BSG，無需大幅更改設計即可配套。

48V系統的挑戰

（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。在通電狀態下，端子插熱拔會產生電弧。12V系統下，熱插拔產生的電弧比較小，甚至可以忽略不計。但同樣電流時，48V系統下進行熱插拔就會損壞端子，且電弧能量越大，損傷越大。

（3）電化學腐蝕：48V系統的電化學腐蝕速度比常規12V系統快，而且在通電情況下，受到高電壓影響，非密封連接器將面臨更加嚴重的電化學腐蝕，所以48V系統必須使用密封的連接器。

（4）迴路保護：常規12V的系統保險絲的設計準則是按照導線的電流承載量來計算的，但是目前的設計準則里沒有考慮電壓，當選擇48V電壓之後，在同樣的情況下產生的熱量是有變化的，所以需要全新的設計準則來指導48V系統的迴路保護。

（5）48伏比12V start-stop系統成本高，節能效果不如高壓混動系統；

（6）原來的12V車載設備遷移到48V需要重新開發以及測試，代價巨大並且周期長。

各產商系統方案

對於48V方案，各家零配件商的方案大同小異，小編簡要的找了幾種公司的方案與大家分享一下：

（1）聯合汽車電子

聯電的48V方案，又稱為能量回收加速輔助系統BRS。48V BRS系統相比傳統內燃機汽車主要新增48V 助力回收電機（BRM， Boost Recuperation Machine），48V/12V直流功率轉換器（PCU，Power Conversion Unit）和48V鋰電池三個核心零部件，具有起停、能量回收、加速助力、電動爬行等功能。傳統內燃機汽車，搭載第一代48V系統（電機通過皮帶輪與發動機集成）節油率8~12%，搭載第二代48V系統（電機與變速箱集成）預計節油率12~19%。

2016年5月21日，FIA Electric, New Energy Commission, German Motorsport Association (DMSB)在柏林聯合發布採用博世BRS系統的卡丁車，裝備2台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。PS：我只能說真是太帥了！

（2）大陸舍弗勒

大陸和舍弗勒的48V系統稱為第二代產品Gasoline Technology Car II。在NEDC循環中可以節約25%的油耗，支持手動擋混動策略，電動機小負荷下可以驅動車輛勻速行駛，增加了48V電動加熱三元催化劑設備，滿足歐6的排放法規。

福特focus 1.0L 3缸Eco-boost

整車架構

GTC II的BSG

（3）德爾福

德爾福在今年年初的CES上展示了最新的48V系統，雖然成本上升了30%，但可以將輕混車型的燃油經濟性提升70%。而除了經濟性，這套48V電池系統擁有更強大的發電機和電動渦輪，可以在起步、低速時提供牽引力，還可以在發動機啟動時用電力予以輔助，減少渦輪遲滯效應。

48V改裝本田1.6L思域

（4）法雷奧

該解決方案集成了法雷奧的iStARS停止啟動系統，當車輛處於靜止狀態，它會自動關閉發動機，目前國產雪鐵龍C4L就採用該啟停系統。它還集成了再生制動和扭矩輔助功能，可實現內燃機小型化和變速箱降速。法雷奧提供了一個高效率的DC/DC轉換器，並進一步提高了系統效率。

2016年6月28日-30日，法雷奧iBSG 48V起發電一體機技術亮相上海國際新能源汽車展覽會，此次在法雷奧展台上亮相的標緻207樣車即應用了該項技術，它可在不影響駕乘舒適性的同時，幫助車輛提升燃油經濟性，降低10%-15%的油耗。

（5）AVL

AVL作為專業的汽車技術公司，也整車廠提供如下方案：

提供48V系統方案及零配件公司太多了，現如今48V輕混時代已經來臨，國內的一些整車廠已經準備在明年開始嘗試推廣48V系統，究竟效果如何，讓我們拭目以待~

一個是減小電流，從而可以降低電路損耗；二是可以匹配更高效率和更高可靠耐久的弱混，比如起停電機，BSG電機等，可以實現怠速起停和較低比例的制動能回收。

2. 48V 電橋系統的功能和優點

48V系統可避免高電壓系統帶來的高成本以及12伏電源的功率限制。相比於高壓系統，48V系統所需要的電氣和電子部件的成本要低得多，並且電池可設計具有更小的容量。同時48V系統不在接觸保護等法規的要求範圍之內。在48V系統中電流高達250安培（A），可實現最高12千瓦的輸出功率，其可用電力足以減少內燃機在低車速、低工作效率範圍內的使用頻率。

圖1表示針對B級到F級別車輛在不同駕駛循環（NEDC，WLTP，Artemis）中可回收的最大能量與制動功率的關係。48V系統通過搭載峰值功率為10-12千瓦的電機可以實現80%的能量回收率（B級/C級車，NEDC循環），回收能量可用於車輛的下一次加速。即使更重的車輛在更加動態的駕駛循環中（E級/F級車，WLTP循環），通過搭載48V系統可以實現超過60%的制動能量回收。雖然高壓混動系統可以實現100％能量回收率，但由此增加的系統成本遠高於多回收能量所帶來的效益。

在圖2中比較了不同48V混動系統架構的功能。與皮帶式起動發電機（BSG）和集成式起動發電機（ISG）相比，由於沒有發動機拖曳扭矩的影響，P2混動模塊與電橋在純電爬行、純電行駛、電動巡航以及能量回收方面都表現出更好的性能和更高的系統效率。雖然P2混動模塊在發動機起停和負荷點轉移方面表現更好，但是電橋有一個顯著的優勢，即通過安裝在後驅動橋的電橋實現電動四驅功能。前驅動橋與後驅動橋分別由傳統動力總成和電橋獨立驅動。由傳統動力總成與48V電橋組成的電動四驅系統具有以下優點：

四輪驅動功能

作為擴展系統，與傳統動力總成可兼容

可實現低速純電行駛

通過兩檔變速箱可實現高速下的電動巡航

通過發動機解耦可顯著降低發動機摩擦與拖曳損失

更好的燃油經濟性

發動機拖曳扭矩在燃油經濟性中起到了至關重要的左右。圖3展示了針對三種不同車輛級別與發動機在NEDC循環中發動機拖曳扭矩消耗能量、制動能量與回收能量的比較（採用12千瓦BSG電機）。以上可以看出，在NEDC循環中發動機拖曳扭矩消耗的能量遠大於回收能量。通過發動機解耦可以減少拖曳扭矩，從而實現更好的燃油經濟性。

圖4比較了電橋與BSG系統在NEDC循環中所能提供的軸荷扭矩。由於沒有發動機拖曳扭矩的影響以及電橋在一檔具有大速比，電橋可以提供較高的軸荷扭矩，使車輛起步達到15公里/小時。與之相反，除去發動機拖曳扭矩之後BSG系統所能提供的凈軸荷扭矩小於NEDC循環中車輛所需軸荷扭矩，不足於驅動車輛起步。而且，電橋在能量回收時比BSG系統具有更高的效率。另外，由於電橋在二檔時具有小速比，可以實現高達70km/h的純電巡航。而由於速比的限制，BSG系統在高車速(70km/h) 時所能提供的軸荷扭矩較小，不足以單獨驅動車輛。

基於以上分析，電橋相對BSG系統在純電起步，能量回收以及電動巡航時具有更高的效率。48V電橋可以在NEDC循環中實現15%的節油率（圖5）。

48V電橋的設計與開發應基於最優利用整個功率範圍的理念。要最大程度上降低二氧化碳排放，需要較小速比，這樣48V電橋的高效區域和最大功率都可以在一個較寬的車速範圍內為電動巡航與能量回收所利用。同時，車輛需要在0-15公里/小時車速範圍內具有高軸荷扭矩，因此需要大速比。對於駕駛員來說這是在不降低駕駛舒適性的前提下，在車輛加速時體驗純電的駕駛樂趣的唯一方法。因此集成一個兩檔變速箱到電橋當中是有必要的。相對於單檔電橋，兩檔電橋具有以下優點（圖6）：

採用一檔的大速比可以實現更好的加速性能和爬坡能力

採用二檔的小速比可以提高最高車速和拓寬車速範圍

更低的電機運行轉速，更好的NVH

電機可小型化

更大的高效區域和更高的綜合運行效率，可採用更小的電池容量或者提高純電續航里程

3.舍弗勒48V 電橋解決方案

舍弗勒48V電橋可以應用在不同的整車架構中。純電行駛和能量回收完全由48V電橋完成（圖7a,7b）。

為了啟動發動機，仍然需要12V起動電機。另外，傳統動力總成和電橋分別驅動前、後橋，實現電動四驅功能（圖7c）在後驅車型中電橋安裝在後橋前端，由後橋差速器的法蘭支撐，並與萬向軸保持同軸。電橋所產生的扭矩通過萬向軸和後橋差速器傳遞到後輪。在前驅車型中電橋安裝在變速箱後端，通過法蘭連接在變速箱殼體上。電橋所產生的扭矩通過變速箱中間軸傳遞到前橋，從而驅動車輛行駛。

對於具有更高駕駛動態響應要求的高端車型，可以採用帶扭矩矢量分配功能的舍弗勒48V電橋。它可以提供48V電橋的全部功能並增加後輪的扭矩矢量分配功能（圖7d），從而具有更好的駕駛性和動態響應特性。

舍弗勒48V電橋包括一個電機，兩級行星齒輪以及連接齒輪和萬向軸的電子機械式換檔機構。電機的功率電子和換檔執行器被集成在後軸驅動的傳輸通道中。

圖8舍弗勒48V電橋結構為了得到起步所需扭矩，到驅動軸的高減速比是必要的。行星齒輪可實現的最大速比受到太陽輪與齒圈的節圓直徑比例的限制，舍弗勒通過使用儘可能小的太陽輪和一個創新的較容易安裝在殼體中的齒圈，可以使傳動比達到最大。第一級和第二級齒輪的齒數是相同的，兩極行星齒輪都與固定在殼體上的同一個齒圈相嚙合。

在一檔時電機產生的動力通過第一級行星齒輪的太陽輪傳遞到行星架。同時第一級行星齒輪的行星架與第二級行星齒輪的太陽輪相連接。最終動力通過第二級行星齒輪的行星架輸出。行星齒輪的行星架與中間軸的鎖止通過換檔執行器與同步環來實現。

圖9電橋動力傳遞路線

在二檔時第一級行星齒輪的行星架直接與中間軸相連接。因此只有第一級行星齒輪參與動力傳遞，第二排行星齒輪在空轉。舍弗勒48V電橋在後驅車型中典型的系統構型如圖10所示：

圖10舍弗勒48V電橋與車輛介面

舍弗勒48V電橋和整車之間的介面需根據具體車型來定義。48V電池通過功率電子供給電機所需要的電功率。同時，整車控制單元（HCU）和功率電子通過車輛匯流排（CAN或FlexRay）進行通訊，ECU所要求的扭矩通過功率電子中的控制單元轉化為對電池的電流需求。換檔執行器同樣通過車輛匯流排與整車控制器通訊，並且根據駕駛工況把整車控制器的換檔命令轉化為執行器位置信號。換檔執行器由車載12V電源供電。除了控制信號，車輛匯流排還傳送位置、溫度和電流感測器數據，以允許整車控制器隨時監控混動系統的當前狀態。換檔執行器的底層驅動軟體以及控制演算法都由舍弗勒獨立完成，並且可以根據目標車型的要求進行修改與匹配。機械介面包括中間軸與萬向軸的連接，以及後橋差速器和電橋法蘭的連接。

舍弗勒48V電橋樣機分別由兩個主機廠進行了台架以及樣車測試（圖11）。

測試的重點除了測量電橋在車上的溫度特性和純電驅動與內燃機驅動的模式切換，還包括搜集純電行駛的數據以及由電動滑行和能量回收帶來的二氧化碳減排量。

在開發舍弗勒48V電橋過程中，採用模塊化設計原則是至關重要的。因為可以沿用通用的量產零部件，模塊化設計的理念已得到廣泛認可。48V電橋樣品的電機來自於BSG電機，電機的定轉子已經大批量生產。電橋的設計高度集成，殼體為集成功率電子進行了設計調整。同時可以沿用BSG系統中大部分的發動機控制和匯流排介面。與功率電子器件關聯的換檔執行器已被使用於舍弗勒高壓電橋，無需任何修改即可用在48V電橋系統當中。變速箱、殼體和軟硬體介面已經為48V電橋的相關應用進行了調整。零部件共用策略可以避免針對每個客戶的全新開發，而僅需要應用匹配。

4. 總結與展望

峰值功率為12千瓦的舍弗勒48V電橋提供了一種高性價比的混動化方案。基於模塊化設計原則，共用已有的換檔控制器和採用已大批量生產的零部件，使得開發出低成本的48V電驅動橋成為可能。電橋變速箱包含兩級行星齒輪。兩檔變速箱可以利用一檔實現車輛純電起步到20公里/小時。除了用在頻繁起停的路況，純電行駛也可用於部分自動駕駛操作，如泊車。在二檔，助力和能量回收可以在很寬的車速範圍內實現。根據不同的車型，電動巡航（車速恆定）可以最高達到約70公里/小時的速度。搭載一個電機和兩檔變速箱的舍弗勒48V電橋可以實現高達15％的節油率採用更高功率的電機，如從12千瓦增加到18千瓦，可以預期獲得更高的制動功率和更好的能量回收率。另外，通過改變電機的冷卻方式，從風冷轉變為油冷，可以有效提高電機的額定功率。這些都是舍弗勒針對48V電橋下一步要研究的工作。除此之外，結合扭矩矢量分配功能對輪胎滾動阻力的優化也是進一步研究的方向。

說的不客氣點，這48V的玩意，是個沒前途的貨。

現在THS II混動系統在緊湊級車型上，增加的終端價格可以控制不到20000RMB，節油效果直奔40%以上。

簡單的說，你把電壓想像成水壓，24V想像成24米高度，48V想像成48米高度，把電機想像成一個水輪。

這樣，同等流量下，48米的水肯定比24米的水驅動水輪更快。