48伏电气系统为汽车业带来革新

来源：德州仪器

由于排放法规的实施迫使汽车制造商寻求有效降低汽车碳排放量的方法，因此当今许多汽车及其内燃机正在面临转型。

它们配备了高级先进的安全功能、具有音乐厅般的音响系统、加热座椅以及可随动转向以照亮黑暗弯道的前照灯，俨然成为了汽车业的高科技奇迹。
这些技术中的许多奇迹都依赖并消耗车辆电能。

“一个12伏的电气系统可提供约300安培的电流，峰值时约为600安培，勉强能为牵引电机和制动系统供电提供所需能量，更不用说提供驱动现代信息娱乐系统和半自主安全功能所需要的能量负载了。”负责公司混合动力、电动汽车和动力总成系统工程团队的Karl-Heinz Steinmetz说道：“这就需要迈出变革性的一步。”

这一颠覆性的变革正是48伏电气系统。汽车动力驱动架构的这一进步满足了如今高耗能汽车更高的电力需求。功率增加还可以使内燃机更有效地运转，以帮助制造商更快地满足排放法规要求。

业内很多制造商已接受这一变革。各汽车品牌制造商正在推出具有启停技术的轻度混合动力汽车。该技术可使发动机在汽车滑行、制动或停止时暂时关闭，然后迅速重新启动，并由新系统提供部分动力。低端轻度混合动力汽车制造商今年将紧随其后，效仿采用这一技术。与传统的混合动力汽车不同，轻度混合动力汽车（也称为电池辅助混合动力汽车）中的电机用于补充内燃机，不单独为汽车提供动力。

除了减少有害废气排放并提高燃料经济性外，由48伏电气系统实现的功率增加还满足了消费者对具有高科技信息娱乐、便捷性和辅助驾驶安全功能汽车的日益增长的需求。一些48伏电气系统制造商称，可节省多达20%的燃油。(1)到2025年，二氧化碳的排放量可减少30%。(2)

通过对这些系统的创新，汽车制造商可以在不影响动力、性能和驾驶安全性的前提下，满足更严苛的全球燃油经济性和排放标准，构建一个空气更清新、道路更安全的世界。

赋能动力总成及更多系统

传统的12伏电气系统使用常规的铅酸电池和交流发电机为不断增加的各种耗能功能提供电能，如车内外照明、半自动防撞和车道偏移安全功能以及提供车载音频和视频的软硬件。

48伏系统可更多的处理这些功率负载。现代汽车中的驱动涡轮增压器、空调压缩机、主动悬架系统、冷却液泵、机油泵和转向助力泵运行所需能量由电气系统提供，而非由以往为内燃机提供动力的曲轴皮带轮和皮带传动提供。

通过从以前由产生二氧化碳的发动机驱动系统过渡到由48 伏电气系统电流驱动的系统，可使用更小尺寸的发动机。

Karl-Heinz表示：“这使您可以缩小内燃机的尺寸，将六缸车减小为四缸车大小，从而提高燃油效率并降低二氧化碳排放量。”

在技术层面，从12伏切换到48伏所需的结构性改造并不大，但是即使增加了更高的电压系统，汽车制造商仍在努力确保这种调整能保持长期韧性。在48伏系统中，由发电机而非12伏系统中使用的交流发电机对来自发动机的动力进行转换。此外，还需要48伏大容量锂基电池和再生制动系统。通过再生制动或恢复制动，发电机将汽车减速时损耗的动能转换为电能，存储在 48伏大容量电池中。

Karl-Heinz表示：“通过再生制动，当驾驶员从交通信号灯处由停车变为加速行驶时，所存储的能量将被用于推动车辆前行，从而实现比通常情况下更快的速度。一些48伏电气系统还会在车辆滑行或停车时关闭发动机，从而提高燃油效率并降低排放。”

汽车的HVAC系统也将从中受益。Karl-Heinz表示，许多驾驶员抱怨采用12伏系统的汽车停下时，暖通空调系统就会断电。

他表示采用48伏系统的汽车不会发生这种情况，储存的能量可随时用于为车窗除霜并更快地加热座椅。

越来越多的制造商正在使用新型红外发热板，直接为乘客供热，而不会浪费电能来加热汽车的其余部分。这类似于为乘客多穿一件衣服来保暖，而不是将恒温器温度调高。

Karl-Heinz表示：“红外发热板的挑战在于每个座椅需要约500瓦功率，这给12伏电气系统带来了很大压力。48 伏系统不会出现这种情况。”

未来汽车的核心系统

对于具有较高自主性和驾驶员辅助功能的车辆，当今 12 伏电气系统远不能提供车载计算机分析和处理传感器和摄像头数据所需的能量。

“每台车载计算机预计将消耗约一千瓦到两千瓦的电力，这会让 12 伏系统的功率消耗殆尽，”Karl-Heinz 说道，无论未来的自主驾驶汽车是混合动力汽车还是纯电动汽车，它们都需要48伏系统来承受高耗能的负载。”

许多汽车制造商正在将起动器和发电机、直流/直流转换器和电池管理等系统以及HVAC压缩机、正温度系数加热器和接线盒之类的车身电子器件转换为48伏系统。此外，氮化镓在车载充电效率和功率密度、精密电流感应、无线电池管理系统技术以及隔离和电源管理方面的进步都有助于减轻汽车重量，并减少驱动汽车形势所需的动力。

Karl-Heinz表示：“电动汽车系统将成为未来汽车的核心系统，为实现道路更安全和空气更清洁提供所需动力。”

(1) https://www.whichcar.com.au/car-news/new-continental-hybrid-motor-promises-20-percent-lower-fuel-consumption
(2) https://www.greencarcongress.com/2019/09/20190920-audi30.html