俯视“48V电气系统”的宿世此生

一开端了解这个48V体系，是见于从前的技能在线的文章，到2013年年末的时分，还做了一个48V电气体系的合集。而我刚好有时机在这个电压等级上，也做了充电机和DC/DC的项目，没有太多介意，认为是欧洲车厂自己搞出来的作业，切当来说德国工程师搞出来的作业。再看看10年从前，2000左右由欧美引导的42V体系的失利，不由有了一些成见。不过实话说，在以一个体系性的视点来看问题今后，这个48V的电气体系晋级，恰恰也是依据排放和油耗的强逼之下，对大多数传统的内燃机车较为适用而且具有前瞻性的开展方向。所以我对此难免花了一些时刻，来收拾材料和做一些较为深化的学习，在此做个介绍，如有过错，欢迎我们指出。

42V电气体系怎么失利？
42V体系的构思由来已久，从1990年开端，在SAE和各个地方的工程师协会就考虑在往这个方向尽力，为此还拟定了以下的规范。
• J2622 Battery Connections for 42 Volt Electrical Systems Tests and General Performance Requirements
• J2576 Blade Fuses – 42 V System
• J2651 Jump Start Connections for 42 Volt Electrical Systems

其进程也红红火火一阵子，可是终究归于沉寂，在某些部件上面却是留存下来42V体系的电压。从全体来看，42V的电压体系会被抛弃首要有以下的原因：
1. 12V发电机经过改进：经过液冷的办法，突破了原有的约束，使得搬迁的时机本钱变得更高。
2. 42V体系的各个部件的技能开展：技能出资是需求钱的，运用高的电压等级，需求从用电附件、连接器和功率电子部件，许多层面去解决问题，最初整车企业的测验显着对供货商的生态圈没有满意的影响。
3. 42V混动体系对高压混动体系的失利：从最初的概念比照可以看出，过低功率的对动力总成的进步用途不大，并没能直接反映到油耗上去，有两个从前的比如较为典型，其架构如图1所示：
1. GM Silverado/Sierra: 42V FAS, E/HPS at 42V
2. Toyota Crown mild hybrid: 42V B-ISG drives steering

图1 轿车工业第一代中混体系

48V体系的宿世此生
2011年，由德国的几个车厂联手推动了这个48V的概念，着手拟定LV148规范。这个48V的概念，有以下的不同：48V的意图是改进原有的12V起停体系；48V负载上可以进行扩展，可以为长时间的演进做准备，如图2所示。

图2 48V体系概览

48V体系的两条途径
48V体系的第一条途径，是在原有欧洲较为遍及选用的Start-Stop的基础上，进行晋级和改造。因为48V总线体系相较于12V体系可以供给更大的功率，因而关于发动机情况的改进也就有了较大的进步。

图3 BSG和ISG体系

48V体系的第二条途径，是将原有的42V体系的用电器材替换掉，而且把一些潜在的大功率12V器材给替换掉。

表1 或许潜在的48V体系用电负载部件

各个体系单元的技能应战
将原有的12V体系搬迁到48V体系，最大的应战其实是本钱。从技能难度来看，48V体系绕开了混合动力体系最为厌烦的电气安全这一课题。
• 从法规上来看，联合国欧洲经济委员会（UNECE）拟定的电动轿车安全规范“ECE-R100”中规则，电压超越60V时，触电时就会对人体发生严重影响，因而要慎重采纳办法来确保安全。这些办法，将约束相关体系的安置，所以绕开这个约束，将对整车企业的车型开发发生很活跃的影响。
• 从本钱上看，因为安全需求，超越60V则有必要为线缆及连接器等设置较厚的绝缘皮膜，并考虑平衡接地的问题。
• 从器材上来看，半导体部件在耐压超越100V时也会导致本钱敏捷上涨，但运用48V电源时，就可将耐压操控在100V以下。原有的部分为42V体系开发的半导体器材，也可以有用运用起来。

48V的电压等级是依照以下区分的
• >60V : 过压会引起安全危险，所以48V电气体系都需求以此为红线。
• 54V~58V :过压维护阶段，此段电压规模内，器材应处于维护状况。
• 52V~54V :上限电压阶段，部分要害功用完好。
• 36V~52V :正常作业电压规模。
• 24V~36V :下限电压阶段，部分要害功用完好。
• 20V~24V :低压阶段，此刻48V电池状况现已很差了。

图4 48V体系电压散布

表2 体系首要部件供货商表

整个体系的开发，从本质上而言，是从整车厂到一级供货商再到二级供货商整合的进程。沉着上来说，这便是一个生态圈，从锂电池单体、功率芯片和磁性材料。2013年，48V的开展动态如下：
1. 2013年1月，底特律车展江森自控发布48V微型混合动力车用锂离子充电电池模块。
2. 2013年4月，德国举行研讨会《ElectricElectronic Systems in Hybrid and Electric Vehicles and Electrical Energy Management》
3. 2013年5月，“人与车科技展” 麦格纳展出为12kW的发电机兼马达，海拉公司展出48V12V双向转化的DC-DC转化器。
4. 2013年9月， 博世和大陆展现了支撑48V电源的技能，法雷奥发电机兼马达支撑48V电源。
5. 2013年11月，SAE的 2013 Electric Powertrain Technologies Symposium在德国举行了48V化的国际会议“Automotive 48V Power Supply Systems”。
6. 2013年11月，东京车展德国舍弗勒集团展出了第2代48V体系的概念模型。三菱轿车展出了将48V体系概念车“Concept AR”。

关于开展趋势
现在车展上是有一些概念车（奥迪A7iHEV、三菱“Concept AR”）来展现整个体系，而且最先在2016年能在宝马的七系上面能看到。所以个人认为，整个体系最重要的妨碍仍是在于本钱；短期来看这部分的本钱，假如真得可以完结1000欧元的计划，这里边大部分的本钱是整车企业为了完结全体的排放和油耗，献身利润率。所以从现实来看，最为活跃确实实是豪华车的诸强，宝马、戴姆勒和奥迪。整个体系对我而言，也较为杂乱，我拿我比较了解的电池体系和DC-DC来说。

1. DC-DC：在中混体系里边，我不太看好这个部件可以独自存在。一种或许是集成在电池组里边，别的一种或许是集成在逆变器里边。
o 功率等级：现在的预估是在200A～210A，约2.5KW左右。
o 拓扑：全桥和双向的Buck-Boost是很难满意本钱的方针的。
2. 电池体系：因为电池体系是整个体系中，最为贵重的体系，所以也就面对更多的时机和应战。
o 风冷体系：别无选择，高功率的输出，使得散热规划面对巨大的应战。
o 一体化的电池办理体系：继电器（假如或许，会运用半导体开关来替代继电器）操控也要归入其间，假如DC-DC也被归入其间，整个BMS需求完结的功用多了不少。
o 功用安全：触及安全体系的EPS参加，电池体系的安全级别较高，依据不同的危险评价，将会对整个开发进程发生大的影响。

图5 部分DC-DC 拓扑

图6 电池体系计划

最终，值得欢喜的作业是，大部分的国内整车企业也在调研48V体系，当然这和BoschConti两家在国内的拓宽不无关系。等待未来两年内，更多的计划以及事例呈现。关于国内的轿车电子和动力电池企业来说，也是一个黄金般的时机。

参阅文件
1. 12V/14V to 36V/42V Automotive System Supply Voltage Change and the New Technologies
2. Impact of 42 Volts on Connection Systems John Yurtin August 5, 2003
3. 2014-01-1890 Specification and Design of a Switched Reluctance 48 V Belt Integrated Starter Generator (B-ISG) for Mild Hybrid Passenger Car Applications John Kelly, Peter Scanes, and Paul Bloore Controlled Power Technologies
4. 2014-01-1790 Application of 48 Volt for Mild Hybrid Vehicles and High Power Loads Malte Kuypers Delphi Automotive
5. 2003-01-2307 A Comparative Study of the Production Applications of Hybrid Electric Powertrains
6. 48V HEV system introduction and Infineon approach for 48V

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