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48V 系统在MHEV上的应用

发布时间:2025-05-13 16:32

在最近与汽车制造商的对话中,48V 低压轨被频繁提及。但为什么是现在?48V 系统并不是新事物。多年来,其一直在帮助提高轻度混合动力电动车辆 (MHEV) 的效率和性能。

首先,下图突出了48V在MHEV中应用的主要系统变化。传统车辆与轻度混合动力之间的最明显区别是增加了一个48伏电池。

48伏架构

电动启动机- 最初安装在发动机皮带上的(皮带启动发电机(BSG))

AC/DC转换器 改变从启动发电机流向和来自启动发电机的电流

48伏锂离子电池包括电池控制器进行调节)- 提供额外的电力处理耗电的应用程序

DC/DC转换器 新48伏系统和现有12伏系统之间的桥梁

12伏铅酸电池- 用于发动机冷启动的好旧电池和建立的12伏系统

电气增压器- 消除传统涡轮增压器的涡轮滞后限制并提供提升到发动机

在48伏轻混动系统中,电动启动机,也称为皮带启动发电机(BSG),是一个关键的组件。它最初安装在发动机的皮带上,不仅能够实现发动机的快速启动,还能在发动机运行时为电池充电,以及在需要时为车辆提供额外的动力支持。

AC/DC转换器在这个系统中扮演着重要角色,它负责转换启动发电机产生的交流电为直流电,以便为48伏锂离子电池充电。这种转换不仅提高了能源效率,还确保了电池能够有效地储存和释放能量。

48伏锂离子电池,配合电池控制器,为车辆提供了强大的电力支持,尤其是在处理高耗能应用程序时,如空调系统、电动助力转向等。电池控制器负责监控和调节电池的充电状态,确保其性能和寿命的最佳平衡。

DC/DC转换器则是连接新旧系统的关键桥梁。它将48伏电池的电源转换为12伏,以供车辆原有的12伏系统使用。这种转换确保了车辆的传统电气系统能够与新的48伏系统无缝集成,共同工作。

12伏铅酸电池,作为我们熟悉的组件,继续在发动机冷启动时发挥作用,并支持车辆原有的12伏电气系统。它的存在确保了车辆的可靠性和稳定性。

 

电气增压器的引入,则是为了消除传统涡轮增压器的涡轮迟滞现象,提供更加迅速和灵敏的加速体验。它通过为发动机提供即时推动力,改善了车辆的动力性能,同时也能提高燃油效率。

总的来说,这些组件的集成不仅提升了车辆的能效和动力性能,还确保了驾驶的平顺性和舒适性,为驾驶者带来了更加先进和愉悦的驾驶体验。随着技术的不断进步,48伏轻混动系统有望成为未来汽车的标准配置,引领汽车行业向更高效、更环保的方向发展。

48伏电池的主要目的是提供高耗电应用所需的额外功率,同时减少整个系统的电流。这种巧妙的设计允许使用更小的电缆横截面积,大幅减少当今高端汽车中4公里以上电线的铜用量。因此,实现了显著的重量和成本降低。轻度混合动力的其他显著不同因素是新的48伏模块,如电动起动发电机、电动增压器和DC/DC转换器。后者简单地将48伏电池功率转换为支持车辆中已建立的12伏应用。与传統的12V铅酸电池的化学性质不同,这种48V电池是基于锂的,以提供更高的重量和体积能量密度。由此产生的拓扑结构在插图中被称为轻度混合动力。

12V/48V轻度混合动力在某些方面是一种折衷,但与许多折衷不同,这是一种提供许多即时优势和有利的成本、效益和回报比的折衷。(来源:德尔福技术)

根据上图可知,在未来的汽车技术领域,48伏轻混动系统正迅速成为一股不可忽视的力量。据预测,到2025年,全球每售出的10辆汽车中,就将有1辆采用48伏轻混动技术。这一变革性的系统不仅将扭矩提升超过50%,还助力汽车制造商满足日益严格的燃油经济性和排放标准。

48伏系统的核心在于其强大的重载能力。这套系统专门设计用于支持空调、发动机风扇等高功耗部件,同时能够在启动时迅速加热车厢和催化转换器。其关键组件包括48伏锂离子电池、AC/DC转换器,以及嵌入到发动机管理控制器中的混合控制软件。这些组件的协同工作,使得48伏系统能够在汽车起飞时提供更强劲的动力,从而实现比传统12伏系统更快、更平滑的加速,同时显著节省燃料。

与此同时,改进的12伏系统也在发挥着重要作用。这套系统拥有传统12伏系统的四倍电力,能够提供智能驾驶体验,提升整体效率,并为众多配件如主动安全系统和互联娱乐系统提供电力。DC/DC转换器是其中的关键,它通过48伏电池从混合发电机获取电力,确保12伏电池始终保持充电状态。此外,12伏电池和12伏电气分配中心也是该系统不可或缺的部分。

这两套系统的结合,不仅预示着汽车行业在能源效率和环保性能上的重大进步,也为驾驶者带来了更加强劲、智能和舒适的驾驶体验。随着技术的不断发展和成本的降低,48伏轻混动系统有望在未来几年内成为汽车市场的主流配置。

 

在这种创新的汽车电源架构中,48伏电池遵循着业界拟议的汽车标准LV148的指导原则,作为对传统12伏铅酸电池的补充。这种组合式的电源设计充分利用了两套电池系统的优势,其中12伏电池提供3千瓦的功率等级。这种设计理念的核心在于,两种电池及其配电电缆将协同工作,根据不同的需求提供电力。

具体来说,12伏电池和配电系统将负责为车辆的点火系统、照明以及信息娱乐系统等关键功能提供稳定的电力。这些系统对于车辆的日常运行至关重要,因此12伏电池确保了这些功能的高效和可靠运作。

另一方面,48伏电池及其配电系统则承担着更为高功率的负载。这包括支持底盘控制系统、空调系统、主动或可调悬挂系统,以及储存再生制动能量等功能。此外,48伏系统还负责为电动增压器和涡轮等高性能部件提供动力。这些功能通常需要更高的电力输出,而48伏电池正好能够满足这些需求。

通过这种智能的电力分配方式,汽车能够更高效地利用能源,同时在确保所有系统正常运行的同时,还能实现更高的性能和更好的燃油经济性。这种先进的电源管理策略,不仅提升了车辆的智能化和环保性能,也为驾驶者带来了更加舒适和便捷的驾驶体验。随着汽车行业对能效和性能的不断追求,这种48伏与12伏电池相结合的电源系统有望成为未来汽车的标准配置。

下图展示了12V和48V系统的组合,其中48V系统增强了12V系统,以支持更高的功率需求。(来源:德尔福技术)

 

双电压轻度混合动力系统会将电压轨和可用功率分配给从效率和操作角度来看最合理的功能。(来源:德尔福技术)

依据上图可知:48伏系统的核心组件包括:

交流/直流转换器:它负责将交流发电机产生的电流转换为直流电,以便为48伏锂离子电池充电。

48伏锂离子电池:在每次停车和启动过程中,它都会进行充电和放电,有效地储存和释放能量。

电池控制器:它精确调节电池的充电状态,确保电池性能和寿命的最佳平衡。

电力分配盒:内置保险丝,确保电力安全、高效地分配至整个系统。

此外,系统还包括一个电动机/发电机,它不仅负责启动发动机,还帮助汽车启动,并在制动过程中为电池充电,从而回收能量。这一过程大大提高了能源的使用效率。

混合控制器作为整个系统的大脑,负责指挥发动机的停止和启动,并指导电机/发电机在何时充电电池或推动汽车。这种智能控制确保了车辆在各种驾驶条件下的最优性能。

增压器在发动机启动时提供助力,有效消除了涡轮迟滞,提升了加速性能和平顺性。

为了支持传统的12伏系统,48伏系统还包括一个直流/直流转换器,将48伏电池的电源转换为12伏,供附件使用。12伏电池,作为我们熟悉的组件,继续支持如中控台、电动座椅和窗户传感器等传统电气设备。12伏电气分配中心则负责将这些电力分配到各个12伏电气设备,确保车辆的传统系统与新的48伏系统无缝集成,共同工作。


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