剖析混合動(dòng)力汽車(chē)48V技術(shù)方案

油電混合動(dòng)力汽車(chē)是由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)共同提供動(dòng)力來(lái)源的新一代新能源汽車(chē)，具有低排放、低油耗、高動(dòng)力輸出等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)電機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的功率比例，可分為強(qiáng)混，中混和弱混。

48V BRS(Boost recuperation system)系統(tǒng)作為弱混技術(shù)mHEV(mild hybrid electric vehicle )的一種，將是未來(lái)十年內(nèi)性價(jià)比最高的新能源汽車(chē)技術(shù)解決方案。48V BRS系統(tǒng)相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)主要新增48V 助力回收電機(jī)(BRM， Boost Recuperation Machine)，48V/12V直流功率轉(zhuǎn)換器(PCU，Power Conversion Unit)和48V鋰電池三個(gè)核心零部件，具有起停、能量回收、加速助力、電動(dòng)爬行等功能。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，搭載第一代48V系統(tǒng)(電機(jī)通過(guò)皮帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)集成)節(jié)油率8~12%，搭載第二代48V系統(tǒng)(電機(jī)與變速箱集成)預(yù)計(jì)節(jié)油率12~19%。

一、48伏的由來(lái)

1)48伏是什么

48伏是指系統(tǒng)額定直流電壓，并非永遠(yuǎn)穩(wěn)定在48V;根據(jù)LV148定義如下圖所示：

48伏電池電壓會(huì)隨著SOC(剩余電池容量)的變化而變化，例如電池常溫下SOC從10%到100%，開(kāi)路電壓為32.5V～49.8V;

BRM電機(jī)的助力、能量回收模式也會(huì)導(dǎo)致48V的電壓上升或者下降，當(dāng)電池SOC較高時(shí)，給電池充電，需要的電壓往往都會(huì)高于50V;

直流電壓不是一根直線，是存在波動(dòng)的，關(guān)于直流電壓允許的波動(dòng)，歐洲的法規(guī)規(guī)定波動(dòng)部分的有效值(即去掉均值后的等效值)要小于電壓均值的10%，才算作直流電壓;

2)為什么是48V

60V是安全電壓，根據(jù)上文提到留出10%的余量，系統(tǒng)允許工作的最高電壓就是54V，再考慮1)中提到的電池自身電壓變化和能量回收模式會(huì)使電壓抬升，再留一定的余量就變成48V了。

48V名稱由來(lái)也可能還有一些歷史原因。

二、48伏關(guān)鍵零部件簡(jiǎn)介

48V BRS電氣網(wǎng)絡(luò)典型連接圖如下。除了BRM電機(jī)、直流轉(zhuǎn)換器、48伏電池等主要零部件外，市面上48V電氣負(fù)載概念產(chǎn)品也屢見(jiàn)不鮮，如48V電動(dòng)增壓器、48V電動(dòng)加熱催化器等，對(duì)48V系統(tǒng)的功能擴(kuò)展以及推廣使用也具有積極作用。

1)助力回收電機(jī)(BRM)

典型助力回收電機(jī)如下圖所示，既可以用來(lái)發(fā)電，也可以助力為車(chē)輛提供前進(jìn)動(dòng)力，甚至還能在48伏動(dòng)力電池組驅(qū)動(dòng)下快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。BRM一般選用爪極電機(jī)，汽車(chē)上替代傳統(tǒng)14伏發(fā)電機(jī)。

2)電力轉(zhuǎn)換單元(PCU)

典型電力轉(zhuǎn)換單元如下圖所示，雙向DC/DC變換器在48V助力回收系統(tǒng)中連接高壓網(wǎng)絡(luò)(《60V)和12伏網(wǎng)絡(luò)。能量可以從高壓網(wǎng)絡(luò)向低壓網(wǎng)絡(luò)傳輸，對(duì)14伏網(wǎng)絡(luò)供電;也可以從低壓網(wǎng)絡(luò)向高壓網(wǎng)絡(luò)傳輸，為BRM起動(dòng)、助力、回收供電。

3)動(dòng)力電池(48V battery)

典型48V鋰電池如下圖所示，主要用于為BRM提供48V電壓，制動(dòng)能量回收存儲(chǔ)能量，特定情況下為12伏電氣網(wǎng)絡(luò)提供能量。

三、48伏系統(tǒng)收益

近些年環(huán)境污染加劇、霧霾天肆虐，國(guó)家和地方政府對(duì)減少機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染和改善環(huán)境空氣質(zhì)量迫在眉睫，國(guó)家四階段企業(yè)平均油耗要求、京六法規(guī)草案的出現(xiàn)，將會(huì)助推48V BRS系統(tǒng)業(yè)務(wù)的大規(guī)模普及。

48V系統(tǒng)基本功能如下圖所示，下文為大家介紹第一代48V系統(tǒng)技術(shù)四大主要功能：滑行起停、能量回收、電機(jī)助力及電爬行(純電驅(qū)動(dòng))。

1)滑行起停

車(chē)輛在滑行過(guò)程中(松開(kāi)油門(mén)踏板、制動(dòng)踏板)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力使其熄火、斷開(kāi)傳動(dòng)系統(tǒng)，既能節(jié)省燃料又能增加車(chē)輛滑行距離;在車(chē)速較低或者踩剎車(chē)時(shí)，通過(guò)BRM快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、回收能量

2)能量回收

當(dāng)駕駛員制動(dòng)車(chē)輛時(shí)，BRM通過(guò)發(fā)電扭矩回收制動(dòng)能儲(chǔ)存能量。

3)電機(jī)助力

當(dāng)駕駛員的需求扭矩超出當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)可提供的扭矩上限時(shí)，BRM電機(jī)提供額外的扭矩/功率用于加速助力。Boost，即加速助力模式可提升車(chē)輛加速性能，尤其渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩不足。

4)電爬行

電爬行，即在車(chē)輛低速行駛動(dòng)力僅由電機(jī)提供，不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)?？稍诔鞘袚頂D道路下，降低汽車(chē)排放。

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)多有多家主機(jī)廠正在開(kāi)發(fā)搭載48V系統(tǒng)的混合動(dòng)力車(chē)輛，預(yù)計(jì)最早從2017年開(kāi)始陸續(xù)上市，這套低成本節(jié)能減排系統(tǒng)會(huì)逐步走入大家的生活。