轻混48v什么意思 轻混48v是怎么运行的

2023-03-10 10:09:12 作者:蔡金盛
自从我们国家政府颁布新的国六排放标准以来,混合动力汽车如雨后春笋,从48V轻混动到插电式混动,充斥着新车市场的每一个角落。再说48V吧~~

众所周知,传统的内燃机车型都是使用12V电池,而48V混光系统使用的是48V电池。48V轻混和其他混合方式的目的是一样的,为了更好的省油。

在传统汽车中,牵引动力系统必须能够在非常宽的功率和速度条件下运行,这通常表示为“扭矩-速度”范围。混合动力系统的采用使得系统设计者可以在不同的扭矩转速范围内自由安排各种动力源,优化各系统的性能。电源可以提供非常高的扭矩,在加速汽车时非常有用,但它只能在有限的时间内使用。具体需要的时间取决于电池的大小和电机的扭矩输出。有了这种可以产生动力源的高扭矩,冰的尺寸可以显著减小。这大大提高了它的燃油效率。然而,添加电源当然不是简单的工程问题,许多汽车系统设计考虑都需要一种方法。

48V框架

48V架构的选择范围很广,而且越来越多。最基本的系统包括一个电池、一个起动发电机、一个48V到12V的转换器,通常至少有一个48V的负载。因为48V汽车还保留12V电池和多个12V负载,所以目前这些系统可能以双电压系统的形式存在。

典型48V轻度混合系统的电气拓扑

有了这些双电压系统,大量新的配置成为可能。因为48V系统基本上可以提供更高的功率水平,所以它将支持更高功率的新外设,如48V E-Turbo和48V E-Roll稳定系统。此外,更高的电源可用性将推动耗电的12V负载迁移到48V总线,以充分利用更高的能效。

最初,双电压系统的12V系统侧将保持不变,减去12V交流发电机。由于没有12V供电的电源,所以需要一个转换器将48V产生的电力传输到12V侧。虽然转换器需要高能效,但它仍然会对所有12V负载施加损耗惩罚,因为它需要通过转换器获得功率。在增加的损耗和功率限制之间有一个强烈的动机,这可以将12V外设移动到48V操作。

这些转换器在设计上是双向的,在高需求时可以同时使用两种电池。双向转换器可以将任何电池的电力转换成另一种电池,未来可能会存在一段时间。

除了冗余之外,12V启动器没有保留的技术理由,去掉它可能会成为未来的趋势。如果不再需要,12V电池的尺寸可以显著减小,甚至完全去除。但这将是一个大胆的举动,转换器需要非常仔细地设计。

对于48V系统侧,起动发电机是主要部件。它负责汽车的所有发电和汽车的启动。它还可以在汽车制动时进行再生能量回收。在这种模式下,机器充当发电机,为动力系统提供负扭矩,降低车速,恢复电池电量。启动发电机有多种配置和功率等级,每种都有非常具体的实施目标。

在混合动力领域,简写代码用于确定电机在底盘子系统中的位置。系统通过使用一组Px指示器生成标签,指示电机耦合到电力系统的每个位置。当电源插入点通过车辆后部时,指示器(P0到P4)的值将上升。

Px混合系统术语和示例功率水平

因为BSG的插入点位于发动机的前端附件传动(FEAD),BSG的功率级最小,其中扭矩的传递必须通过钢带连接。因为它是由钢齿轮耦合,底盘的其余插入点(P2-P4)具有更高的功率水平。此外,更高功率的机器具有额外的功能,可以为冰提供牵引辅助。这意味着除了冰提供的动力,电力来源还可以提高汽车的加速度。在一些配置中,可以想象,当ICE关闭时,汽车可以仅通过电源启动。这取决于电机可用的牵引辅助量及其在底盘子系统中的位置。

什么是48V轻度混合动力系统?

8V混动也叫轻度混动。虽然没有明确的规范,但在世界汽车行业,绝大多数从业者习惯将丰田福特、通用等混合动力技术称为“强混合”(也就是我们通常所说的广义混合动力技术,以下简称广义混合动力),仅用12V电压就能驱动的自动启停等技术称为“微混合”。

48V混合动力的基本原理与丰田福特等公司的广义混合动力技术相同。两者都是通过电机与内燃机并联运行,提供额外的驱动力,具有动能回收的功能。但不同的是,48V混合动力比广义的混合动力技术占地更少,重量更轻,成本更低,更容易部署。与12V电压的微混合动力相比,48V混合动力技术的节油效果更好,功能性更强。

要解决这个问题,还得从普通车辆上的12V电压说起。我们知道,功率=电压电流。如果要输出混光所需的10kW~20KW功率,使用12V的话电池输出电流需要达到1000A,显然不行。因此,提高电压就成了最可行的办法。最后考虑到成本和效果,选择了48V。

更高的电压可以驱动更强大的电器,如电子涡轮、主动悬挂系统、电动助力转向,当然还有电机,并把普通燃油车变成轻度混合动力车。虽然只是轻混,但是节油效果一点都不含糊。燃油车常用的12V自动启停系统的节油效果为5%-6%,而48V轻混系统的节油效果高达14%-17%,油电混合系统的节油效果通常为17%-21%。从成本上来说,48V轻混系统只有油电混系统的30%,价格便宜充足。用事半功倍来形容48V并不为过。

需要注意的是,48V轻混系统的电机比混动系统的要小,不足以让汽车在纯电动状态下加速,仍然需要和发动机配合使用。

48V光混合系统的电气架构

48V混光系统可以看作是12V启停系统的升级版,增加了48V储能电池、48V/12V双向DCDC转换器、48V BSG混光系统/ISG(汽车发动机和发电机一体化)、电动增压器(可选配置)和电池管理系统。

但是,48V系统并不完全是48V。为了提高系统的兼容性,降低推广难度,业界推出的主流方案都是12V 48V,比直接48V更容易实现。也就是说,保留原有的12V系统,将对应的48V扩展到12V系统,驱动负载较重的应用。

48V光混合系统的工作原理

将12V系统升级为相应的48V系统后,除了自动启停功能外,还具有发动机停车滑行、滑行制动能量回收、加速辅助和电动巡航等功能。升级方向是优化驾驶体验,提高节能效率。对了,电压升高,还能为车内电子设备提供更多的电力。

在不同的工作模式下,48V混光系统会有不同的表现。

自动启动/停止:在等待红绿灯时,在车辆静止不动的情况下关闭发动机,48V大容量电池利用储存的能量维持车载电气设备的正常工作,因此可以快速启动发动机

能量回收:能量回收可以将动能转化为电能储存在电池中。仅能量回收功能就能降低油耗5%-7%左右。

加速辅助:混合动力系统可以减少发动机的排量。在提速阶段,电机的辅助动力可以弥补发动机动力的不足,在不损失动力的情况下降低排放。

巡航:当车辆匀速行驶,电池电量充足时,关闭发动机燃油喷射系统,依靠电机维持车辆行驶。电机提供的动力用来抵消发动机的驱动阻力和拖曳阻力。在高速巡航阶段,BSG/ISG可以在电能充足的情况下,完全分离并关闭发动机,仅靠电机保持车辆巡航。当你再次踩下油门踏板时,发动机会快速启动,平稳切入当前转速。

滑行:松开油门,车辆处于滑行阶段,离合器分离发动机与传动系统的机械连接,完全关闭发动机,实现更长的行驶距离。相当于传统车辆空挡滑行,只不过传统车辆空挡滑行后,发动机转速降至怠速时仍需喷油维持发动机运转。

48V混光系统有什么优缺点?

与12V电力系统和广义混合动力系统相比,48V系统具有明显的优势:

更安全:在我们从小学开始的物理知识中,我们一直认为安全电压在36V以下。但是在高压电动车上,这个安全值是不科学的。一方面,人体电阻的阻值存在很大的个体差异,胖瘦高矮男女老幼的阻值不同。另一方面,人体环境也会对人体抵抗力产生影响,夏季潮湿时抵抗力会降低,冬季干燥时抵抗力会升高。综合各种因素,一般认为60V以下的DC电压和25V以下的交流电压属于安全电压。

成本低:48V混合动力本身的标称电压在60V以下,即使计入高SOC引起的电压波动,48V混合动力系统的峰值电压也不会超过58V,不需要采取额外的电压保护措施(很多国家规定电压超过60V时要安装保护措施),成本低于上述“强混合”。

通用性强:48V系统可以兼容越来越多不同的电器设备,比如车载领域越来越多的娱乐大屏幕和复杂的中控系统。同时,48V提供了更大容量的电池,可以通过电池为传统内燃机汽车中依靠发动机的空调压缩机、冷却水泵等设备加载。这样既能有效降低发动机的负荷,又能在发动机熄火时使用这些大功率设备。

节能减排:借助BSG技术和ISG技术,48V混动系统可以进一步缩小发动机体积,从而减少排放。同时,用电涡轮代替机械涡轮可以进一步提高发动机的效率。48V混合动力系统可以实现滑行启停、动能回收、辅助加速等功能,有效避免不必要的油耗。与广义的混合动力汽车相比,48V混合动力系统只需要30%的成本,就可以达到70%左右的效果。从性价比来说还是挺划算的。

同样,与优点相比,它的缺点也非常明显:

1.48V的电压比12V的电压更容易产生电弧。如果长时间热插拔,可能会影响电子设备的寿命。

2.即使成本远低于混动系统,但48V混动系统带来的车载设备的全面更新,依然会影响最终车辆的终端价格。

相对于广义的混合动力技术,48V混合动力在很多国家和地区并不被视为“混合动力技术”,因此不能享受福利政策和补贴。比如中国的汽车市场,由于48V混动系统无法进入新能源目录,自然无法享受新能源汽车牌照等优惠措施。这也导致了这种技术只是安装在一些中高端豪华车型上来降低一定的油耗,比如奥迪A8L查成交价|参配|优惠政策)和奔驰S级查成交价|参配|优惠政策),而在中低端车型上由于成本的增加并不能得到太多消费者的认可。

或许对于这些厂商来说,48V只是暂时解决排放问题的“绝招”,最终还是要靠广义的混动和纯电动进入新能源市场。

随便举个例子说说,吉利博瑞查成交价|参配|优惠政策)GEMHEV。这套吉利自主研发的MHEV系统,具有发动机启停、智能启停、智能导航、智能充电、智能制动能量回收等功能,可以覆盖车辆的整个行驶过程。启动瞬间,48V BSG电机带动发动机启动,响应时间仅为0.3秒,抖动和噪音明显改善。加速时电机和发动机同时工作,强劲的动力可以让加速更快;匀速行驶时,发动机可以智能启停,回收多余能量;轻踩油门时,可高速启动发动机,实现无缝动力连接;制动时,电机快速抑制发动机转速,发动机不喷油,同时回收制动能量;特别值得一提的是,这套48V BSG轻混系统的节油率高达15%,处于世界领先水平。

48V光混合扩展

BSG混合动力系统

BSG(Belt-Driven Starter Generator)代表两轴并联低度混合动力:发动机和电动机采用皮带传动方式进行动力传输,发动机是整车的驱动动力源,利用电动机系统实现发动机的快速启动。

ISG混合动力系统

ISG(Integrated Starter Generator)代表单轴并联中度混合动力:通过发动机和电动机扭矩的叠加来混合动力,发动机与电动机和变速器并联。根据不同的行驶工况,发动机的扭矩和电机的扭矩在变速器前以各种形式复合,达到最佳的行驶效率。发动机是整车的主要动力源,电机系统起辅助作用。

总结:

各大车厂最清楚自己不约而同的选择了48V,可见它有很多不可抗拒的优势。在低成本的情况下,节能减排满足严格的政策是48V最大的能力。因此,48V混合动力系统被认为具有良好的发展前景。随着电池技术的发展和动力系统的优化,未来的48V混动系统可能会并入广义混动系统,成为入门级车型上配备的低端混动配置。

正是在这个领域,中国品牌供应商的技术和质量是最好的,所以他们抢占了大量的市场。但48v轻混只是过渡阶段的选择,因为整个汽车市场都在新能源的掌中。

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