48V 轻混系统的节能优势分析

48V 轻混系统的节能优势分析

甘良松

合肥工业大学 汽车与交通工程学院 合肥 230009

摘要：随着汽车的保有量攀升，环境问题和汽车能源短缺问题将变得越来越突出，制约了汽车工业的可持续发展。中国《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》明确规定，2020年燃油乘用车平均油耗应在5.0L/100 km，对应二氧化碳排放约为120g/km，节能型汽车在4.5L/100 km。在严苛的油耗排放法规背景下，新能源汽车异军兴起，得到广大厂商的青睐。48V混合动力汽车作为传统燃油车向纯电动汽车的桥梁，将以投入少、开发周期短、改动小优势逐渐受到主机厂商的追逐。

1 48V轻混系统的定义及组成

48V轻混系统是指在一辆传统燃油车的基础上增加一个系统电压为48V的电池与电机，用能量小于一度 （1 kW·h ）电量的功率型锂离子电池替代传统的铅酸电池，用启动/发电一体化电机替代传统的启动电机和发电机，除了自动启停功能之外，还能够在必要的时候，为车辆提供辅助动力。相较于高压混合动力系统，48V轻混系统能够以三分之一的成本提供了全混合动力的三分之二的好处，让燃油经济性提高了10％至15％。

2 48V轻混系统的功能

48V轻混系统其主要动力源还是发动机，其主要功能主要有：

1. 启停功能

当在等红绿灯或怠速时，发动机处于关闭状态，当采集到驾驶员的前进意图时，BSG电机就会作为起动机将发动机快速平稳地启动。

（2）能量回收功能

在制动减速或滑行的时候，48V电机可以作为发电机工作，将汽车的一部分动能转换为电能存储在48V电池中。

（3）电动助力功能

在整车提速阶段，可以将锂电池中电能转化为电机的机械能，弥补了发动机动力的不足，在实现不损失动力的情况下有效降低排放。

3 48V轻混系统的节能优势分析

3.1 12V汽车电气系统的节能分析

按照第四阶段《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》中的规定，到2020年乘用车行业平均燃料消耗量要降低至5.0L/100km。2025年新车平均燃料消耗量降到4.0L/100km。表1所示为近4年内行业平均油耗目标限值的变化情况（数据均已四舍五入）。在剔除新能源车的核算优惠后，对传统燃油车目标值有一定的放松，但2020年仍然要达到5.6L/100km，与2018年相比要降低1.3L/100km。

表1 近4年内行业平均油耗目标限值变化

在传统的12V电气系统上，依据现有的节油手段，主要的节油技术有缸内直喷，涡轮增压、电动助力、怠速启停以及制动能量回收。具体的各项节能技术节油效果和技术成本见表2所示。

表2 各项节能技术节油效果和技术成本

在不考虑整车整备质量影响下，若全部运用表2中的各项节能技术后，可在2018年乘用车行业平均油耗（剔除新能源乘用车）目标值6.9L/100km基础上降低到5.7L/100km。但比2020年的5.6L/100km还高出1.8%。再加上各大主机厂都或多或少的应用了一些表2中的节能技术，油耗值必定高于5.7L/100km。

从表2中可以看出，怠速启停和制动能量回收技术的单车技术成本都在2000元以上，降1%的油耗成本均在800元以上.而节油效果却分别只有2%和3%，故节能技术性价比较低。根本原因是现有的12V汽车电气系统电压较低，受到电流大小的限制，怠速启停节能技术节油效果欠佳。因此，就目前阶段12V汽车电气节能技术很难达到目标油耗值2020年5.0L/100km及2025年4.0L/100km的节能要求。

3.2 轻量化技术的节能分析

汽车的轻量化技术就是在保证汽车的强度、刚度和安全等性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，安全性等综合性能^[1]。减少燃料消耗，降低排气污染。

汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，各大汽车厂商都在追逐。虽然通过车身轻量化的方法能够行之有效的降低整车油耗，提升动力性。但是其并不完全切合现行的油耗标准体系。图1所示为乘用车四阶段油耗目标值与整备质量的关系，由图可以看出，若车辆整备质量由图示位置的1330kg减小到1310kg，按照质量每减少100kg，油耗降4.5%标准算的话，实际油耗降0.024L/100km.而目标油耗从5.3L/100km到5.1L/100km，下降了0.2L/100km，远高于实际油耗降低值，这对于企业是不合理的。可以得出，通过车身轻量化技术的方法进行降低油耗并不适合于任何车型，在应用时会受到一定限制，并且随着整备质量的不断减小，技术成本也会成倍增加。

图1 乘用车四阶段油耗目标值与整备质量的关系图

3.3 48V汽车系统的节能分析

为了满足2020 年后的油耗目标，48V系统以特有的优势迅速得到各大主机厂的青睐。其主要通过DC-DC转换器进行电压转换，使怠速启停和制动回收系统接入48V的电源网络，其他电气元件可以继续沿用12V电气系统。这样一来48V电源网络提高怠速启停和制动回收系统的节能效果，从5%提高到15%左右。这样一来在全部运用表2中的各项节能技术和48V系统后，可在2018年乘用车行业平均油耗（剔除新能源乘用车）目标值6.9L/100km的基础上降低到5.0L/100km。低于2020年的乘用车（剔除新能源乘用车）油耗目标值5.6L/100km。

48V系统降1%的油耗成本在333元左右.48V系统相对于常规混合动力、插电式混合动力以及纯电动技术的节能经济性比较而言,在降1%油耗成本上，48V技术占有绝对优势。进一步就单车成本而言，48V只有5000元左右，无论是混合动力还是纯电动技术相比于48V至少是6倍以上。由于目前电池技术还无法突破，成本还无法大幅度降低。故对于中低端乘用车而言，混合动力和纯电动技术的高额单车成本是不可接受的。故48V轻混系统作为内燃机到新能源的过渡技术，必将会成为最有性价比的解决方案。

表2.4 新能源不同节能技术路径经济型比较

3.4 结论

通过以上技术的对比分析，48V系统目前是全面普及混合动力和纯电动技术之前的有效技术过渡手段。其具有优势如下：

1. 相比300V高压系统，48V系统电压更安全（最高电压为56V）；

2. 技术改造成本低；

3. 有利于汽车附件的电气化，实现更好的娱乐和舒适性；

4. 比轻量化技术更契合当前的油耗体系；

1[] 郭玉琴，朱新峰，杨 艳，熊 倪.汽车轻量化材料及制造工艺研究现状.锻压技术.2015(3)

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