現代汽車對電源的要求日益增加，12V電氣架構正被推向極限。因此，48V將可能是未來的標準系統。這不僅打開了創(chuàng)新的機會大門，而且創(chuàng)造了滿足更嚴格碳排放目標的平臺。

儒卓力ABU負責人Uwe Rahn

全球道路交通的碳排放新限值即將出臺(參見下框)。但是，汽車電氣化不采用技術創(chuàng)新的話，根本無法實現這些目標，而最近國外一家著名車廠造假的碳排放丑聞，使得大眾更加擔心這個現實。解決方法是采用高性能的混合驅動。汽車制造商到2021年前必須實施混合驅動，否則將因無法遵守規(guī)定而面臨高額罰款。

汽車制造商碳排放限值

歐洲 (NEDC)

§2015: 130g/km

§2021: 95g/km (柴油車：3.6l/100km，汽油車：4.1l/100km)

§2025: 75g/km (預測)

§2019年后無法遵守規(guī)定應繳納的罰款: 95歐元每克/公里

美國(溫室氣體)

§2016: 156g/km

§2025: 102g/km

§未遵守的處罰：禁止注冊

中國 (NEDC)

§2016: 164g/km (正在討論中)

§2020: 119g/km (正在討論中)

日本(JC08):

§2015: 146g/km

§2020: 117g/km (預測)

48V部分電氣系統

實施混合驅動的基本要求是采用48V電氣系統。12V發(fā)電機不再能夠滿足數量不斷增長的汽車消費者產品的要求。48V電源能夠采用截面面積更小的電纜，有助于減少產生的熱量和潛在的損耗。此外，電流水平相同時，性能提高4倍。這要求使用其它組件，如轉換電壓的DC-DC變換器，及第二電池。

要從目前的12V完全轉換到未來的全48V系統，在目前是不可能的。這將涉及改變所有電子系統和致動器，如氣囊或發(fā)動機控制器。為了繼續(xù)使用低功耗部件，許多供應商目前還保留12V電氣系統。利用變換器，這兩種網絡都將連接。對應的是必須采用連續(xù)功率輸出高達4kW，效率至少96%的12V/48V雙向變換器。被動空冷可確保最高效率。

此外，新的核心部件是48V電池。在這一領域中，新技術的開發(fā)一直突飛猛進，例如，鋰-硫或鋰-空氣電池設計。它們的初步目標是改善充電容量和能量密度。盡管存在價格壓力，但是，這些電池預期使用壽命長，并且非常堅固，例如，在車禍中不會損壞。

輕度混合動力系統

據VDA報道，到2020年，大約400萬輛汽車將裝備48V部分電氣系統;2026年，這一數據預期將增加到大約1000萬輛，全球大約每十輛汽車就有一輛是，其中大多數是輕度混合動力型號。與全混合動力型號相比，它們未設計充電功能，并且電機本身無法驅動汽車。除提供啟動幫助以外，啟動發(fā)電機還充當制動能量換熱器，給電池充10kW電，從而降低碳排放。此外，利用換熱能量，還可以使汽車無排放運行，實現主動發(fā)動機關閉滑行(亦稱為航行)。根據測定指南和開車風格，碳排放減少量可高達12%。同時，滑行大幅降低了車內噪聲和振動，提高了駕車樂趣。換熱能量還可以用于碳中性電動增壓(e-boost)功能，即超車時，電機提供臨時的額外加速。

這些技術甚至還可以進一步實現消耗降低，例如，開發(fā)高度自動化和全自動化駕駛解決方案。

為了降低12V電氣系統的負荷，一開始在48V部分電氣系統中集成前擋風玻璃加熱器以及輔助設備(如水泵、油泵和燃油泵)、轉向輔助、HVAC控制(發(fā)動機控制)和PTC加熱器將比較明智。后者對混合動力汽車尤其重要，因為電機不會產生用于發(fā)動機加熱器和汽車內部的廢熱。將于2016年年底推出的電氣動態(tài)穩(wěn)定性控制，也是48V應用必須的。

但是，最重要的決定性因子是充電器。例如，充電器使發(fā)動機規(guī)格變小，從六缸減為四缸，從而在降低二氧化碳排放中起主要作用。明年將出現裝備兩個廢氣渦輪增壓器和不超過兩個電動壓縮機的客車。

新要求

48V系統的電壓更高，要求汽車采用與檢查規(guī)則一致的全新架構。峰值電壓必須限制在60V，過壓保護和欠壓保護是必須的，以為了防止對網絡中其它消費者產品的不良影響。必須安裝采用新絕緣技術的電纜，以抵消由此造成的間隙和爬電距離。還需要非常特殊的連接器配置，用于連接更高的電壓。在這種情況下，千萬不要忽略總體系統。

從部分系統至全48V電氣系統

在接下來的15年內，將逐漸轉換為更高電壓系統;全48V電氣系統汽車預期大約在2030年出現。如果這種部分系統仍然保留，為了滿足新消費者產品對更高功率的要求，電纜截面積規(guī)格將必須增大4倍。鑒于所需空間和重量(大約10 kg)明顯增加，從而碳排放也明顯增加，這將是完全不能接受的。成本因素也十分重要：如果電動壓縮機與12V系統連接，大約3kW的輸出將導致250A以上的電流。采用標準部件時，這是不可行的。但是，可以采用48V系統電動壓縮機及大約4kW輸出。

由于半導體部件進一步迅速發(fā)展，未來大多數消費者產品逐漸裝備48V技術將是可能的：

短期 ->具備新8V功能的高性能消費者產品：

o前擋風玻璃 ( 1.5 KW )

oPTC ( 1.2 KW )

o電動壓縮機/ 充電器 ( 3.5KW )

中期 ->更大功率要求的12/24V消費者產品轉換

o電動轉向 ( 1 KW )

o動態(tài)穩(wěn)定性控制 ( 3 KW )

o發(fā)動機風扇 ( 1.5 KW )

o燈 ( 外部)

長期 -> 所有12V應用(包括背光加熱器)轉換為新電壓級別

這些電氣消費者產品可以開啟，并且不會磨損，確保其僅在實際需要時才消耗能量。如果采用了需求為導向的控制策略，碳排放將減少大約10%。

高壓車載電源的開發(fā)繼續(xù)發(fā)展;在可以預見的未來，快速充電器系統將推出800V以上電壓。它們將能夠在30分鐘內消耗足夠能量，僅利用電力行駛大約400 km。

據一級供應商公司預測，由于采用48V電氣系統、混合動力技術和各種其它措施(如重量輕的結構)，汽車制造商可以降低汽車的燃油消耗量，最多可達25%。

技術推動力

因此，一級和二級供應商將是許多新技術新系統的主要開發(fā)者。特別是，德國制造商在這方面一直位列前沿，例如，博世(Bosch)開發(fā)了各種類型的發(fā)動機，全球市場領先公司博澤(Brose)開發(fā)了電動窗調節(jié)器電機應用或座椅調節(jié)系統電機，而風扇電機專家ebm-papst也開發(fā)了相應產品。亞洲制造商另外提供了廣泛的創(chuàng)新。電機制造商日本電產株式會社(Nidec)的最新開發(fā)成果包括電動轉向電機和高達750W冷卻風扇應用。日本電裝株式會社(Denso)為汽車工業(yè)提供了范圍廣泛的高效技術、系統和部件。美國公司Johnson Electric是前燈步進電機及冷卻風扇和空調系統電機的世界領先供應商之一。然而，電動車目前最大的市場在法國。

與高電壓混合動力汽車相比，客車引入其它電壓級別，提供了前景很美好的優(yōu)點。一方面，有機會實現頗有吸引力且成本合理的碳減排。另一方面，可以實施目前12V設置技術上不可行的功能。這些包括電動渦輪增壓器、空調壓縮機及操作與發(fā)動機速度無關的各種泵。這意味著可以根據車輛狀況，有效地控制負荷，打開或關閉負荷。驅動能力得到顯著提高后，駕駛員將能體驗到這些功能。

就傳動系統集成而言，48伏電壓級別會比高電壓混合動力更易實施，同時現有的傳動系統理念亦得以保留，從而預期開發(fā)周期更短。作為實施過程的一部分，汽車制造商和供應商目前非常重視部件和系統開發(fā)及系統集成和驗證。

總體系統的優(yōu)化是這方面的關鍵因素。它要求涉及的所有供應商和合作伙伴密切合作和溝通。供應商和儒卓力汽車業(yè)務部等合作伙伴正向前推動它們的發(fā)展。