剖析混合動力汽車48V技術(shù)方案

    油電混合動力汽車是由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)共同提供動力來源的新一代新能源汽車，具有低排放、低油耗、高動力輸出等優(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，將是未來十年內(nèi)性價(jià)比最高的新能源汽車技術(shù)解決方案。48V BRS系統(tǒng)相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車主要新增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鋰電池三個核心零部件，具有起停、能量回收、加速助力、電動爬行等功能。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，搭載第一代48V系統(tǒng)（電機(jī)通過皮帶輪與發(fā)動機(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
    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％，開路電壓為32.5V～49.8V；
    BRM電機(jī)的助力、能量回收模式也會導(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高于50V；
    直流電壓不是一根直線，是存在波動的，關(guān)于直流電壓允許的波動，歐洲的法規(guī)規(guī)定波動部分的有效值（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使電壓抬升，再留一定的余量就變成48V了。
    48V名稱由來也可能還有一些歷史原因。
    二、48伏關(guān)鍵零部件簡介
    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)品也屢見不鮮，如48V電動增壓器、48V電動加熱催化器等，對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，既可以用來發(fā)電，也可以助力為車輛提供前進(jìn)動力，甚至還能在48伏動力電池組驅(qū)動下快速起動發(fā)動機(jī)。BRM一般選用爪極電機(jī)，汽車上替代傳統(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、助力、回收供電。
   

    3）動力電池（48V battery）
    典型48V鋰電池如下圖所示，主要用于為BRM提供48V電壓，制動能量回收存儲能量，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，國家和地方政府對減少機(jī)動車排放污染和改善環(huán)境空氣質(zhì)量迫在眉睫，國家四階段企業(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）。
   

    1）滑行起停
    車輛在滑行過程中（松開油門踏板、制動踏板）切斷發(fā)動機(jī)動力使其熄火、斷開傳動系統(tǒng)，既能節(jié)省燃料又能增加車輛滑行距離；在車速較低或者踩剎車時(shí)，通過BRM快速起動發(fā)動機(jī)、回收能量
   

    2）能量回收
    當(dāng)駕駛員制動車輛時(shí)，BRM通過發(fā)電扭矩回收制動能儲存能量。
   

    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輛加速性能，尤其渦輪增壓發(fā)動機(jī)，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)補(bǔ)償發(fā)動機(jī)扭矩不足。
   

    4）電爬行
    電爬行，即在車輛低速行駛動力僅由電機(jī)提供，不起動發(fā)動機(jī)?？稍诔鞘袚頂D道路下，降低汽車排放。
    目前國內(nèi)已經(jīng)多有多家主機(jī)廠正在開發(fā)搭載48V系統(tǒng)的混合動力車輛，預(yù)計(jì)最早從2017年開始陸續(xù)上市，這套低成本節(jié)能減排系統(tǒng)會逐步走入大家的生活。