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当48V电源系统遇上史上最严苛的排放法规,想不爆发都难

2017/12/28
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除了自动驾驶电动汽车,今年汽车领域最热的话题莫过于 48V 电源系统,这是一种低成本节油技术方案,该系统用能量小于一度电的 48V 锂离子电池代替传统的 12V 铅酸电池,用 BSG 电机代替传统的启动电机和发电机,并增加了 48V/12V 双向 DC-DC、电池管理系统等装置。过去 60 年,全球的汽车都一直采用的 12V 的电源系统,稳定性和安全性基本不用质疑,是什么原因让汽车电源系统从 12V 向 48V 过渡?我想应该从两点谈起:

第一,汽车功能不断增加,除了基本的空调、风扇、雨刷、车灯,现在又增加了诸多娱乐信息系统,未来会进一步向智能化发展,12V 电源系统难以承载不断加大的引擎负担。

第二,环保法规变严。欧盟规定,到 2020 年油耗降至 4L/100km,二氧化碳排放低至 95g/km。满足这一标准显然单纯靠提高发动机的燃油效率基本无法完成,汽车混动化、纯电动化被看成最佳技术路线。

因此,在 2011 年,奥迪、宝马、戴姆勒,、Porsche, Volkswagen 联合推出 48V 系统,以满足日益增长的车载负载需求,更重要的是为了满足 2020 年严格的排放法规,随后又发布了 48V 系统规范 LV148。

鉴于从 12V 到 48V 电源系统改进仍然需要整车厂及方案商进行多方面协调,有的厂商采用了 12V/48V 双电源系统,其中 12V 电源对负载电流小的系统供电,比如音响、仪表、雨刷等,48V 电源对负载电流比较大的设备供电,如:空调、车灯、风扇等电气系统。

48V 电源系统的优缺点
48V 电源系统可谓优缺点兼而有之。优点是,降低二氧化碳的排放量,提高燃油效率,适应未来的政策法规,车厂可以在提高 30%花费的情况下,达到 50%到 70%的提升,可以节约 15%燃料;提高驾驶动力,提升驾驶舒适度;与高压系统相比,降低了匹配难度,降低了重量和成本;提高功率负载,提高汽车主动和被动安全,为辅助驾驶、长距短距雷达、超声感应相机系统提供电源支持。

缺点是,随着电压升高,电子兼容要求随之升高;48V 电压存在电弧隐患,需提前预防处理;从 12V 迁移到 48V 需要重新开发和测试,周期长风险高;48V 比 12V 启停成本高,节能效果不如高压混动系统。

元器件厂商和整车厂商都在行动
汽车市场是一个市场占有率很大且增长飞快的市场,48V 电源系统包括电池、DC/DC 转换器保险丝和电池控制器,如果大范围应用必将带动汽车电子元器件销量的增长,因此元器件供应商也看到这样的契机,纷纷发力。

罗姆推出了采用 Nano Pulse Control 的电源 IC“BD9V100MUF-C”,开关导通时间 9ns,只需要一颗芯片就可以实现从 60V 到 2.5V 范围内的降压,降压比例高达 24:1;安森美半导体的产品能协助推动 48V 汽车系统的进程,解决方案包括 40V-150V 中间电压范围的 MOSFET 器件,提供各种汽车级功率模块,包括电流传感、温度传感、电磁兼容性 (EMC) 滤波和其他汽车特定功能;ADI 设计和开发了 LTC3871,这是一款双向 DC/DC 控制器,升压转换时使用的外部电源组件与降压时相同。

从整车厂的动作来看,奥迪 A8 上已经采用 48V 轻度混合动力系统作为标准配置,今年戴姆勒 S 级的车型决定搭载博士的 48V 驱动。另外,在雷诺风景和奥迪 SQ7 中都采用了 48V 电源结构。虽然目前市面上搭载 12V 电源系统的汽车占 80%左右,而搭载 48V 电源系统的汽车只占 20%左右,但是,业界预计 2019~2020 年,48V 轻混系统将迎来市场爆发期。IHS 的报告甚至显示,到 2025 年,48V 的系统的市场容量会提高九倍,届时大概有 1400 万辆汽车引入了这个系统。

这对于消费者来说是好事,48V 电源系统不仅带来了更好的燃油效率,同时还提升了性能,带来了更好的驾驶体验,最直接的优势就是成本降低。

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