輕松入門48V輕混系統

當前的大環(huán)境之下，排放法規(guī)的收緊已經成為了不可逆轉的趨勢，甚至已經有很多國家傳出要在某一年之內停售燃油車。不過以當前的技術水平和環(huán)境之下，要提前停售傳統燃油車，顯然是為時過早的。目前無論怎么發(fā)展純電動車，或者是HEV、PHEV等混合動力車型，都很難追上傳統燃油車的市場占有份額。

怎么樣才能讓這么多傳統燃油車的油耗水準快速跟進，從而應對嚴苛的排放法規(guī)呢？這時候一個全新的概念——48V輕度混合動力系統，就成為了各大車企需找到的技術突破口。

今天我們就來科普一下，這48V輕混系統到底是個什么玩意兒？

眾所周知，汽車上的車用電子設備，基本上是由車載的12V蓄電池組提供電力的，本質上是將發(fā)動機的一部分動力通過發(fā)電后蓄能，然后再用這部分的能量來運作。目前主流的汽車蓄電池電壓是12V，以前12V的電壓對于車上的電子設備來說是夠用的，但是自從自動啟停系統誕生之后就不一樣了。

具有自動啟停系統的車型，在短暫停車之后，電機需要通過帶動發(fā)動機曲軸來“喚醒”發(fā)動機，而這樣的負載消耗的功率，要比車上其它用電設備大得多，所以搭配啟停系統的電機都經過功率加強，然而12V的車用電壓就顯得“心有余而力不足”，造成啟停系統頻繁工作時震動大、反應慢；而且停車熄火后，空調也跟著不工作了，大大影響了用戶體驗——于是，更大電壓的48V系統就應運而生了。

新一代的奧迪A8，已率先搭載了業(yè)界最新的48V輕混系統，此外奔馳、奇瑞、長安等廠商都已經確定會在未來新一代的車型上搭載48V輕混系統。

48V輕混系統的基本思想，其實就是通過把車用設備的標準電壓提高到48V，使得它能夠帶動更大功率的車載系統，實現和車上其它系統更好的整合。而它的基本思想的來源，就是目前最傳統的HEV混合動力車型——相當于帶啟停的動力系統，與高壓混合動力之間的折中解決方案。

48V輕混系統的最大好處，就是在于對發(fā)動機啟停、起步、剎車等工況下的優(yōu)化，能直接省下不少油。首先，更高電壓下驅動的更大功率的啟停電機，能夠更輕松地帶動發(fā)動機曲軸，使得系統工作的延時更短、頓挫感更小，眾多老司機們的痛點也就迎刃而解了。

而且，48V系統有了更大容量的蓄電池、更大功率的電機，所以比起一般的啟停系統能實現更多功能——

譬如車輛起步、短暫停車的時候，帶48V系統的動力總成可以采用純電驅動，從而避開燃油車起步時最耗油的怠速階段；剎車、滑行的時候，還可以通過發(fā)動機制動回收一部分動能，減少過程中的能量耗散；有一些48V系統，甚至可以在發(fā)動機停機的狀態(tài)下短暫接管空調，給空調壓縮機供能，避免空調一并停機。

對于一個供電電壓U恒定的電路系統，要滿足更高的功率需求P，那么就必須要降低內部電阻R。對于車用的電子系統來說，就要用更粗的導線，這勢必導致整車重量的增加，既提高了成本，又影響了油耗。但是如果直接提高電壓的話就省事多了。不但高壓線束的直徑可以減小，甚至諸如電機等元器件的體積也可以減小。所以它對整車輕量化來說是非常有好處的。

大陸集團開發(fā)的啟停電機模塊，集電機、減速器與逆變器于一體，更突顯輕量化優(yōu)勢

可能有人會問了，既然這樣，為什么不選擇比48V更大的電壓呢？這是因為如果電壓太高的話，就要考慮到高壓電路保護、電磁兼容性、車載電氣系統的穩(wěn)定性等問題了。如此一來，開發(fā)成本就會迅速提高。而48V的電壓是一個在成本、安全、性能等方面兼顧比較好的選擇。而且在這個框架下，系統設計不會過于復雜，大多數燃油車都可以沿用原來的動力總成架構、總布置，能節(jié)省很多開發(fā)的功夫（資金&時間）。

當然，48V畢竟依然是高壓系統，從設計、線束選型與保護措施等方面要做的額外防護，依然會比傳統燃油車更考究，成本還是會有所上升——但是這已經可以控制在一個比較合理的范圍內。目前，48V輕混系統的系統方案，以及核心部件，大部分都是由大陸、博世、聯電這樣的大型一級供應商開發(fā)，它們中的大部分都是主攻48V的方向，對于大多數通過采購來配備輕混系統的車廠來說，開發(fā)更高電壓的方案顯然是多此一舉。

目前，在汽車、工業(yè)設備和服務器等用途，將配電用總線電壓提高至+48V的趨勢越來越強，這是因為提供給微處理器、FPGA、GPU和ASIC等的電流量不斷增大。以前的+12V或+7V的低電壓，配電時的電力損耗過大，壓降也會變大。將+12V和+7V提高至+48V的話，可以降低電力損失。不過，如果利用以往的降壓型DC-DC轉換器技術將+48V一下子轉換為+3.3V，則無法實現穩(wěn)定的降壓品質，轉換效率會大幅降低。

為此，羅姆此次新開發(fā)了兩項技術。一項是+80V高耐壓MOSFET的集成技術，另一項是將開關元件的導通時間縮短至原產品的1/6、即20ns的技術。利用該公司自主開發(fā)的脈沖控制技術，實現了“業(yè)內最短”的導通時間，可用2MHz的開關頻率將+48V電壓穩(wěn)定降至+3.3V。由于實現了大幅降壓，無需再利用中間總線電壓的二級轉換。不但能削減安裝面積，還可以提高轉換效率。主要用于汽車和工業(yè)設備等。

反饋環(huán)路的控制方式采用電流模式。相位補償電路能以短脈沖寬度控制，因此設計時比較簡單。采用同步整流方式。輸入電壓范圍為+12.0～65.0V。符合車載半導體IC的質量標準“AEC-Q100”。配備了過電流保護功能、低輸入誤動作防止功能、高輸入誤動作防止功能、輸出過電壓保護功能、溫度保護功能及短路保護功能等。封裝采用外形尺寸為4.0mm×4.0mm×1.0mm的24端子VQFN24SV4040。

審核編輯黃昊宇