应对节能减排,汽车48V系统技术应用浅析

查看: 379| 评论: 0| 发布者: admin |来自: 第一电动

放大 缩小
简介:  随着国家对车辆油耗和排放标准的进一步提高,节能减排成为个汽车企业需要共同面对的课题。48V系统具有投入低、节能减排明显的特点,能够明显提高车载电源功率,成为近期汽车行业研究的热点。本文将以汽车48V系统 ...
测试耗材

  随着国家对车辆油耗和排放标准的进一步提高,节能减排成为个汽车企业需要共同面对的课题。48V系统具有投入低、节能减排明显的特点,能够明显提高车载电源功率,成为近期汽车行业研究的热点。本文将以汽车48V系统的发展和应用着手,简单为大家呈现48V系统现状和未来趋势。
  1.48V系统的发展和背景轿车电气平台发展历程
  1970前--1970s
  6V系统--12V系统
  推动1:电气化部件大量集成
  推动2:6V系统不能满足车用电器功率要求
  结果:车用电气平台升级
  1990s--42V系统构思
  目的:应对未来汽车电气化趋势(寻求3倍以上的电压)
  主要参与者:美国
  标准:SAE会议进行了一定讨论
  结果:失败,但某些部件保留42V电压
  42V系统失败原因
  - 完全的架构革命,需要车内所有电子元件进行革新
  - 成本产出不理想,市场无法接受
  - 未能带来理想的节能效果
  - 12V架构调制良好,且取得了一系列节能方面的进展
  2000s--12V系统
  回归12V系统
  启停技术出现
  2010s-48V系统提出
  推动1:欧洲2020年95g/km法规压力
  推动2:启停技术将12V系统承载能力推到极限
  主要参与者:德国
  标准:48V系统标准LV148
  2010后-48V系统整合完善
  - 通过DC/DC转换器,将48V系统集成在原有12V系统上,避免了革命性的变更
  - 48V/12V双总成电压技术的积累
  - 锂电池和超级电容的出现是48V技术发展的契机
  - 节油效果明显(NEDC工况10%-15%)
  严格的节能法规推动48V系统发展
  到2020年,各国CO2排放法规都限定在100g/km左右。欧洲在节能控制方面一直走在前面,美国、中国逐渐赶上。


  车用电器的不断集成推动48V系统发展

  12V系统所能提供的功率极限在3kw-4kw;
  通过不断降低已有电气装备的功率需求,可以满足一定量的新电器装备集成;
  加入功率需求较大的电气装备(如启停系统)后,12V系统承载能力达到极限,需要新电气平台的构建。

  混合动力汽车的发展促进48V系统的应用

  为什么选择48V系统

  48V系统具有较大节能潜力
  开发低压系统收效很小,电压过高则成本和法规无法接受,48V是最好选择
  2.48V系统架构与原理
  现阶段48V系统架构
  利用DC/DC转换装置,实现电气系统12V/48V双电压架构,分别驱动不同元件。

  48V系统在混合动力汽车上的应用

  在混合动力汽车上搭载48V系统,通过两个DC/DC转换器,形成12V-48V-HEV电气系统架构;
  普通混合动力汽车的电气架构是12V-HEV模式,通过DC/DC转换器直接联通12V系统和HEV高压系统。
  由12V/48V双电压系统到48V单电压系统

  随着48V系统不断推广,汽车电气系统将逐渐由12V/48V双电压系统过渡到48V单电压系统,以满足车用电器的功率需求和电气系统架构简单化需求。从某种层面上讲,48V系统是过渡系统,随着EV和FCV的发展,高电压电气系统会不断投入应用。
  48V系统的节能原理
  48V系统可以为更多先进节能技术提供集成平台的基础,从而达到节能效果。而48V承载功率提升到15kw左右,可提供更多减排技术的集成。

  在目前的12V系统下,启停技术的应用已经达到极限(功率为3kw),无法集成其他高功率消耗的节能技术。而在48V系统下,随着各种先进节能技术的应用,可达到10%-15%的节油效果。

  由于48V系统通电电流位12V系统的1/4,所以等功率下的功率损失较12V系统减少也非常可观,功率损失是12V系统的1/16。更低的功率损失,电气系统的总体效率大大提升,解除了功率限制,可以对车用电器进行更精细的控制,提升其性能。

  另一方面,48V系统可以提供诸如能量回收系统、自动启停系统等更多的功能集成,满足人们越来越高的需求。同时,锂电池充放电性能更佳,启停系统的应用效果更好。

  另一方面,更低的电流意味着可以应用更细的导线,对整车的轻量化设计促进效果明显。
  3. 48V系统技术挑战与设计建议
  安全电压控制
  由奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众物价德国厂商与2011年制定的LV148标准中,电子元件正常工作电压为36V-52V,高于60V的电压被严格禁止,为了达到这一限值标准,设定了54V和52V电压限制,以留出电压波动区域。

  能量管理的挑战

  在能量管理方面,该系统也面临着能量转换、能量储备和能量流动以及效率和稳定性的问题。

  电弧放电
  在并联电路中,当能量达到2900J,两条通电线路之间有很小的接触的时候容易发生电弧放电。
  在串联电路中,当在48V电路工作中进行热插拔时,也会发生电弧放电。
  目前并联的电弧放电智能通过合理的电路设计来避免,串联电弧放电需要在电路中引入电容器来避免。

  串联电弧放电(热插拔)
  接地失效
  双电压系统中,高压模块接地失效后,电流直接通过低压模块与地面接触,会对低压模块部件造成损坏。

  该问题通常的解决思路是将48V子系统与12V子系统线路分开设计并无连接,如果线路无法分开,则在两系统间的线路上设计高压阻断装置。
  双电压系统CAN总线通讯
  为保障数据通讯流畅,CAN总线要求两端输入电平相同。

  电磁兼容EMC
  48V系统较12V系统有较大的电压升高,电磁兼容的要求就会更高,所以在双电压系统的转换器和导线布置中,必须考虑电磁兼容的设计。
  其他挑战
  ※成本控制
  - 研发投入
  - 复杂的电器结构的开发
  - 浮动成本
  ※重量增加
  - DC/DC转换器重量
  - 48V电池的重量
  - 增加的线圈重量
  ※维护成本
  4.48V系统未来发展趋势
  48V系统的应用区间


  未来10年,启停技术和混合动力技术将急速发展,这些技术正是48V系统的最佳应用区间。
  推广48V系统带来的影响

  48V系统可以带来系统部件的优化、更多附件和作动器的电气化以及诸如后轮转向系统的新功能的加入,而且可以带来较好的节能减排效果。但48V系统并不会带来特别大的成本压力,主要压力仍是各种功能性电气部件的集成成本。

  各厂商对48V技术开发的投入变化
  2014年,53%以上的厂商加大了对48V技术的开发。同时,各厂商也开始寻求技术合作,共同开发48V系统。
  48V系统相关设计、部件等都得到了很大的发展。


  整车厂的应用
  大众公司

  计划于11月推出的2017款搭载48V系统的高尔夫GTI
  该车将搭载大陆公司的48V/12V电气系统,具有智能能量回收系统、加速辅助系统、进阶启停系统和不同行驶状态的驱动策略。
  未来大众与大陆也会继续探索48V系统在重混HEV和插电式PHEV上的应用。
  5. 各国对48V系统的不同态度
  欧洲--大力推行
  由于欧洲严格的节能环保法规以及基于传统内燃机汽车的技术积累,欧洲在占领未来48V市场方面也有较大的而潜力。

  美、日--态度一般
  共性阻力
  CO2法规相对松弛
  美国:2020年113g/km,2025年93g/km;
  日本:2020年112g/km,2025年112g/km;
  汽车电子厂商
  美日技术路线与欧洲有所区别,技术投入方向不同,导致美日供应商与德国供应商的技术水平有一定差距。
  个性阻力
  美国
  42V系统的失败令美国人在车用电气系统改革方面更为谨慎;
  日本
  发展方向为混合动力技术,先进的混合动力技术可保证未来20年内满足法规要求。
  中国--车企积极开展集成匹配,核心部件研发暂时空白
  目前国内整车企业在48V系统上有搭载测试,但是我国汽车电子供应商实力相对薄弱,在自主研发领域暂时空白。未来在环境、能源和法规的压力和中国汽车智能化的大力推进的环境下,48V系统在国内具有非常大的应用潜力。
  本文转载自汽车节能技术公众号
  作者:汽车新闻
  返回第一电动网

打酱油

鼓掌

开心

恐怖

流泪

正能量
已有 0 人参与

会员评论

关闭

快领红包上一条 /2 下一条

多功能温升仪 线束电压降仪 连接器温升仪 端子循环电流 大电流温升仪 燃烧测温铜块 UL94燃烧仪 电线燃烧仪 印度燃烧仪 低温卷绕箱 低温拉伸仪 透明水槽 滚桶跌落 耦合器侧拉
美华认证网|安规网|安规标准|美华安规X

高精度功能强大的UL94燃烧测试方案

优 化 版:在UL实验室方案优化而成/UL94标准全功能/功能强大测试软件/丰富灵活的测试夹具及操作体验/0.8立方较大空间/高精度流量计/50W/超过国内很多国家级/省级/民营第三方/研究所所用同类型产品。 特色优点:给UL及UL美华实验室、多家知名实验室及全球知名塑料公司规划及开发UL94燃烧箱之工程师团队自研,外形全新设计;结合UL工程师经验和美华人机合一理念及高操作性要求,软件强大全面;价格美丽动人;不少设计和理念远超同行。...

点击查看详情 
返回顶部