之前小星撰寫的文章中曾經(jīng)提到，曾有權(quán)威行業(yè)分析機(jī)構(gòu)評(píng)估，48V在汽車行業(yè)的推廣將依靠?jī)纱笸苿?dòng)力。一個(gè)是奔馳，另一個(gè)就是中國(guó)車企。如今奔馳已經(jīng)發(fā)布了對(duì)應(yīng)的模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)，就看中國(guó)車企后續(xù)動(dòng)向如何。如今先是長(zhǎng)安在2016年年底發(fā)布了如題圖的逸動(dòng)藍(lán)動(dòng)版48V混動(dòng)車型進(jìn)行試水。2017年2月又爆出新聞A123所屬的萬向新能源公司與上汽通用簽下10億美元的訂單，提供總計(jì)260萬套的48V鋰電池供貨。這些都無疑預(yù)示著中國(guó)車企推動(dòng)下48V中國(guó)時(shí)代將近。無獨(dú)有偶，A123的一篇SAE論文揭露了更多的技術(shù)細(xì)節(jié)。隨著小星一起來了解一下吧。
↑來自A123的48V鋰電池（來自A123官網(wǎng)）
現(xiàn)在如果你去搜索A123的官網(wǎng)的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其目前提供的48V鋰電池（如上圖）為8Ah級(jí)別磷酸鐵鋰LFP鋰電池。瞬時(shí)輸出功率為15kW。具體可見如下參數(shù)規(guī)格。
↑A123的48V鋰電池參數(shù)規(guī)格（來自A123官網(wǎng)）
而在A123發(fā)表的SAE美國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)的相關(guān)論文《高功率鋰電池在下一代48V弱混車型中的發(fā)展空間》中，其提出了更高的25kW高功率48V鋰電池在全新弱混MHEV（Mild Hybrid Electric Vehicles）架構(gòu)中將扮演著更關(guān)鍵的角色，大幅提升節(jié)油效果。其具體包含電池工藝革新和電源架構(gòu)優(yōu)化兩大方面。具體如下
電池工藝革新
↑不同鋰電池工藝的電池電量和輸出功率對(duì)比（來自A123 SAE論文）
混合動(dòng)力車型HEV和插電式混合動(dòng)力車型PHEV最大的區(qū)別就是HEV更注重電池的功率密度，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合節(jié)油效果。而PHEV更注重電池的能量密度，也就是純電行駛的續(xù)航里程。在論文中，A123提出了通過兩種不同的鋰電池工藝（紅色曲線A和藍(lán)色曲線B）來應(yīng)對(duì)不同車型的細(xì)節(jié)需求。如上圖所示，兩種不同的鋰電池工藝都能夠提供較傳統(tǒng)插電式混動(dòng)PHEV鋰電池（黑色曲線）更高的功率能量比。即同等能量下，輸出更多的功率，滿足48V 弱混MHEV車型節(jié)油的需求。
同時(shí)該兩種鋰電池工藝實(shí)際上可以靈活進(jìn)行調(diào)整的。具體方法如下。
↑不同鋰電池工藝的工藝參數(shù)對(duì)比（來自A123 SAE論文）
如上圖所示，兩種不同的鋰電池工藝都采用負(fù)極磷酸鐵鋰，正極石墨材料。通過相同材料但是不同的厚度控制，其可以呈現(xiàn)不同的工藝參數(shù)和性能。從而可以通過不同的電池工藝生產(chǎn)出對(duì)應(yīng)的電池滿足不同車型的功率密度和能量密度需求。如對(duì)比圖中的綠線所示，目前A123量產(chǎn)的48V鋰電池使用的是鋰電池工藝A。未來將推出25kW級(jí)別的高性能48V鋰電池，主打高功率密度的應(yīng)用。
電源架構(gòu)優(yōu)化
更高功率密度的高性能48V鋰電池推動(dòng)著電源架構(gòu)的優(yōu)化。
↑傳統(tǒng)48V架構(gòu)（左）和高功率電池組組成的全新48V架構(gòu)（來自A123 SAE論文）
如上圖所示，傳統(tǒng)48V系統(tǒng)架構(gòu)（左）基于皮帶集成啟動(dòng)發(fā)電機(jī)BISG。當(dāng)高性能48V鋰電池和電機(jī)的功率都進(jìn)一步提升至25kW的級(jí)別。皮帶驅(qū)動(dòng)形式成為最大的動(dòng)力傳輸瓶頸。過大的功率最終可能導(dǎo)致某些工況下皮帶出現(xiàn)打滑并且壽命縮短。通過皮帶工藝的改善，此問題有希望得以解決。但是功率限制仍然存在。同時(shí)BISG電機(jī)主要功能仍限于剎車能量回收Regenerative Braking。
這些限制推動(dòng)著整個(gè)48V系統(tǒng)電源架構(gòu)朝向軸間集成動(dòng)力電機(jī)Electrical Machine的全新48V架構(gòu)（右）進(jìn)行演進(jìn)。動(dòng)力電機(jī)擺脫了皮帶的限制，可以更直接的回收剎車能量。同時(shí)也可以在低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)的情況下，獨(dú)自提供驅(qū)動(dòng)力Traction Power驅(qū)動(dòng)車輛行駛。25kW級(jí)別高功率電池組也使更多的高負(fù)荷48V附件模塊掛載成為可能。
↑電池功率與節(jié)油效果對(duì)應(yīng)關(guān)系（來自A123 SAE論文）
根據(jù)如上曲線可以看到，按照歐洲NEDC和美國(guó)FTP循環(huán)測(cè)試工況，25kW級(jí)別的高功率電池組可將節(jié)油效果推向極致。分別將節(jié)油效果提升至16%和23%的級(jí)別。
更多的高負(fù)荷48V附件
如上提到，25kW級(jí)別高功率電池組使更多的高負(fù)荷48V附件模塊掛載成為可能。具體來看，整個(gè)48V架構(gòu)的電源網(wǎng)絡(luò)除了傳統(tǒng)的48V電池，48V-12V DCDC轉(zhuǎn)換模塊和48V電機(jī)三大件以外，越來越多的高負(fù)荷48V附件模塊增加了進(jìn)來。
↑全新48V架構(gòu)的電源網(wǎng)絡(luò)（來自A123 SAE論文）
按照如下列表具體來看，高負(fù)荷48V附件模塊可能包括電子懸架系統(tǒng)Electric suspension， 電子空調(diào)Electric AC， 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向EPS， 電子渦輪 Electric turbo/supercharger和其他附件?？傆?jì)最大瞬時(shí)功率可達(dá)25kW。
↑全新48V架構(gòu)的48V側(cè)附件模塊（來自A123 SAE論文）
應(yīng)用實(shí)例
看完如上提到的，高功率48V鋰電池正推動(dòng)48V弱混MHEV系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化。讓我們具體來看幾個(gè)實(shí)例吧。
首先奔馳目前公布的模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)中的48V系統(tǒng)就出現(xiàn)了兩種系統(tǒng)架構(gòu)。一個(gè)為如下圖所示的基于48V皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)BSG的奔馳M264四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。另一個(gè)就是基于48V 軸間集成動(dòng)力電機(jī)的奔馳M256六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。無疑奔馳M256發(fā)動(dòng)機(jī)所配備的弱混MHEV系統(tǒng)架構(gòu)更符合上文提到的優(yōu)化后全新的48V系統(tǒng)構(gòu)架。電子渦輪和電子空調(diào)等48V附件模塊的配備提高了整個(gè)系統(tǒng)的電氣化程度，同時(shí)降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向長(zhǎng)度。使得直列六缸的發(fā)動(dòng)機(jī)排布方式時(shí)隔多年后回到了奔馳集團(tuán)的當(dāng)家車型。
↑基于48V皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)BSG的奔馳M264發(fā)動(dòng)機(jī)
↑基于48V 軸間集成動(dòng)力電機(jī)的奔馳M256發(fā)動(dòng)機(jī)
↑奔馳M256發(fā)動(dòng)機(jī)48V系統(tǒng)配備的電子渦輪增壓器
另一方面奧迪也在其高端車型奧迪SQ7中積極推行更多48V附件模塊的全新48V弱混MHEV系統(tǒng)架構(gòu)。除了電子渦輪的使用，來消除渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速遲滯。電子主動(dòng)翻滾穩(wěn)定系統(tǒng)eAWS這種電子懸架系統(tǒng)的使用，進(jìn)一步提升了用戶的使用體驗(yàn)。高功率48V鋰電池使得此類高負(fù)荷電子附件模塊的使用成為可能。
↑奧迪SQ7 48V配備的電子主動(dòng)翻滾穩(wěn)定系統(tǒng)
再來看國(guó)內(nèi)車企，長(zhǎng)安逸動(dòng)藍(lán)動(dòng)版48V弱混MHEV車型所配備的48V鋰電池也來自于A123。其放置的位置位于后背箱的備胎槽內(nèi)。采用風(fēng)冷的方式進(jìn)行冷卻。從體積上可以看到，其占用體積要比傳統(tǒng)的全混合動(dòng)力HEV車型的電池要小很多。48V鋰電池在不占用過多后備箱容積的情況下，提供了不錯(cuò)的節(jié)油效果。不過目前長(zhǎng)安逸動(dòng)藍(lán)動(dòng)版仍基于皮帶集成啟動(dòng)發(fā)電機(jī)BISG傳統(tǒng)48V系統(tǒng)架構(gòu)。期待后期配備全新48V系統(tǒng)架構(gòu)車型的推出。
↑長(zhǎng)安逸動(dòng)藍(lán)動(dòng)版48V系統(tǒng)配備的A123 48V鋰電池（來自汽車之家）
實(shí)施方案與措施
48V弱混MHEV系統(tǒng)中車輛電氣化的加強(qiáng)和功率電子器件的更多使用將成為重中之重。根據(jù)IHS的行業(yè)報(bào)告及英飛凌半導(dǎo)體2017年Q1財(cái)報(bào)相關(guān)資料，在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)ICE對(duì)應(yīng)的每車平均339美元功率電子的基礎(chǔ)上，48V弱混系統(tǒng)的DCDC轉(zhuǎn)換器和電機(jī)加附件模塊會(huì)使總成本小幅提升至415美元。隨著插電式混動(dòng)的應(yīng)用，則會(huì)將成本翻倍至712美元。其中DCDC轉(zhuǎn)換器，高壓逆變器，車載充電器將成為成本增加主力。對(duì)應(yīng)的純電動(dòng)車型減去了發(fā)動(dòng)機(jī)和對(duì)應(yīng)的功率電子，但高壓功率電子部分也隨之上漲?？偝杀竞筒咫娛交靹?dòng)相當(dāng)，達(dá)到705美元。
因此48V弱混MHEV系統(tǒng)將在有限的成本增加（從339美元到415美元）的情況下，提供不錯(cuò)的節(jié)油效果（如上提到的16%~23%的改善）。
↑新能源電控系統(tǒng)成本增加對(duì)比圖（來自英飛凌半導(dǎo)體2017Q1財(cái)報(bào)公開信息
http://www.infineon.com/atv-call）
英飛凌半導(dǎo)體發(fā)布于EETIMES的文章《Infineon's Secret Weapon: Dresden Fab, 48V Car Battery》中重點(diǎn)提到，未來應(yīng)對(duì)越來越嚴(yán)格的節(jié)油要求將出現(xiàn)兩種不同的應(yīng)用方案。對(duì)應(yīng)中小型車型成本壓力較大，且本身節(jié)油差距較小。48V弱混MHEV系統(tǒng)將成為主要解決方案。針對(duì)中大型車型，成本壓力相對(duì)較小，但節(jié)油差距較大，插電式混動(dòng)PHEV將成為主要方案。對(duì)應(yīng)的不同級(jí)別的功率電子器件將被普遍應(yīng)用來提到車輛的電氣化程度。從而解決相應(yīng)的節(jié)油問題。
↑不同車型的節(jié)油方案（來自英飛凌半導(dǎo)體發(fā)布于EETIMES的文章）
綜上所述，更高功率密度的高性能48V鋰電池推動(dòng)著48V弱混MHEV電源架構(gòu)的優(yōu)化。25kW級(jí)別的48V鋰電池使得基于軸間集成動(dòng)力電機(jī)和掛載更多高負(fù)荷48V附件模塊的全新48V電源網(wǎng)絡(luò)成為未來趨勢(shì)。而相關(guān)電氣化的提升離不開功率電子器件的更多使用。A123與上汽通用簽下的這份高性能48V鋰電池的巨額訂單，其關(guān)系到260萬套48V鋰電池的供貨。上汽通用集團(tuán)2016年完成的總銷售量約為190萬輛。也就是說該供貨量將超過目前上汽通用集團(tuán)一年的年銷量。而再來看如上英飛凌半導(dǎo)體財(cái)報(bào)提到的IHS資訊機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2025年全球的48V弱混MHEV車型將達(dá)到1500萬輛?？梢娫撚唵慰春玫氖?8V弱混MHEV車型未來巨大的發(fā)展空間。這也從側(cè)面預(yù)示著48V的中國(guó)時(shí)代將近。這或許是應(yīng)對(duì)新能源車型國(guó)家補(bǔ)貼退坡的另一種行之有效的方法。讓我們拭目以待吧。
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