混合動力汽車:電壓提升能為汽車帶來多大改變
這兩天我在外媒上看到一則新聞,大概是說高爾夫8有可能在2019年上市,采用MQB平臺,搭載48V電源系統(tǒng)等等等等......好吧,其實吸引我的是48V電源系統(tǒng)終于要落實到產(chǎn)品上來了。作為汽車電源系統(tǒng)第二次升級確實有點(diǎn)命運(yùn)多舛,持續(xù)60余年才能算上真正踏出了第一步。
●第一次電源系統(tǒng)升級
回歸主題,電源系統(tǒng)升級的本質(zhì)才是我所感興趣的。升級無外乎就是原先的系統(tǒng)受制于種種因素,不好用或不能用了。上世紀(jì)50年代中期就有過一次升級,由6V電源系統(tǒng)升級到12V電源系統(tǒng)(柴油機(jī)是24V)。
當(dāng)時的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)也處在突飛猛進(jìn)的階段,壓縮比增加后,需要為起動機(jī)提供更高的電壓才能起動發(fā)動機(jī)。不過這此升級也持續(xù)了很長時間,大眾甲殼蟲將電源系統(tǒng)升級到12V時已經(jīng)是1967年款了,而雪鐵龍2CV甚至在1970年款的車型上才完成升級。
這就像一個人胖了十斤不會因為衣服褲子有點(diǎn)緊而全部換掉,汽車電源系統(tǒng)的升級也同樣會對與電氣系統(tǒng)相關(guān)的零部件行業(yè)造成巨大沖擊,所有產(chǎn)品都需要革命性的改變到當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn),成本巨大。
不過,好在當(dāng)時的電氣設(shè)備并不是像如今這么多,還有著不得不升級的理由。所以雖然過渡的時間有點(diǎn)長,但畢竟是完成了。
●失敗的42V方案
上世紀(jì)90年代末,業(yè)內(nèi)曾提出一個通過三組12V鉛酸蓄電池串聯(lián)成為36V電池組,使電源總線電壓提高到42V的方案。在使用相同電氣設(shè)備的情況下,提升電壓可降低通過電線的電流,從而能夠采用更細(xì)的電線,為降低成本和輕量化做出貢獻(xiàn)。
另一主要原因就是隨著技術(shù)的進(jìn)步,汽車的電氣系統(tǒng)也越來越多了。不但燈光、儀表、音響、多媒體等傳統(tǒng)系統(tǒng)還在持續(xù)發(fā)展外,對電源系統(tǒng)要求更高的舒適性及科技性配置也在興起。例如,電動助力、主動懸架、座椅通風(fēng)加熱、各類駕駛輔助系統(tǒng)等等,這些都有著對高電壓電源系統(tǒng)的需求。
此外,電壓提高后還可以將原先需要靠發(fā)動機(jī)曲軸帶動的助力泵、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)等等系統(tǒng)都用電機(jī)來驅(qū)動。除了可以按需進(jìn)行開關(guān),達(dá)到最優(yōu)化驅(qū)動外,還能夠提升車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。
但是,如果將42V電源系統(tǒng)推行下去,就將會產(chǎn)生巨大的成本。所有配套電氣都需要重新研發(fā)調(diào)試,整個零部件產(chǎn)業(yè)都會產(chǎn)生前所未有的動蕩。并且,這其中的成本也需要有人買單,自然會落到消費(fèi)者身上。
不過對于消費(fèi)者來說,無論是12V還是42V電源系統(tǒng)都看不到明顯區(qū)別,遠(yuǎn)不如一個更大排量的發(fā)動機(jī),多兩個配置來的實惠,因此難以推向市場。與此同時,交換電機(jī)、半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)都得到突破。更有首款Trench MOSFET推出,實現(xiàn)了在14V電源的情況下的良好運(yùn)行,功耗水平也在可接受范圍內(nèi),42V電源系統(tǒng)升級也就不了了之了。
●可行的48V方案
與42V方案的革命性取代不同,48V電源系統(tǒng)保留12V鉛酸蓄電池和相應(yīng)的電源線,其通過并聯(lián)的形式以一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。
48V電源主要支持主動懸架、發(fā)動機(jī)啟停系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)等高功率電氣設(shè)備的應(yīng)用,燈光、娛樂、音響等傳統(tǒng)設(shè)備仍由12V電源驅(qū)動,因此節(jié)約了大量的成本。
該方案的可行性同樣來自于電池技術(shù)的突破,鋰電池的尺寸、重量、充放電速度等優(yōu)勢都是鉛酸蓄電池所不具備的。特別是鋰電池擁有更好的充電性能,可以利用制動動能回收系統(tǒng)使其快速充電,減少發(fā)動機(jī)的負(fù)載。
48V電源系統(tǒng)比12V電源系統(tǒng)能夠儲存更多電量,在配備啟停系統(tǒng)的車上可以實現(xiàn)長時間關(guān)閉發(fā)動機(jī),減少出現(xiàn)電池電量過低而頻繁起動發(fā)動機(jī)充電的情況(如果不充電就無法起到發(fā)動機(jī)了),從而避免浪費(fèi)過多的燃油。
●48V方案的發(fā)展路線
其實,目前市場中還存在一種微型混動汽車。它在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上,增加48V助力回收電機(jī)及電子轉(zhuǎn)換單元,48V電源系統(tǒng)正是微型混動汽車的基礎(chǔ)。
微型混動汽車可以實現(xiàn)滑行過程中的發(fā)動機(jī)啟停、制動動能回收、電機(jī)輔助加速、短途低速行駛等功能。避免了燃油的不必要消耗,通過動能回收系統(tǒng)得到的電能也會在燃油利用率最低的工況中釋放出來,做到了能量的循環(huán)利用,顯著提升了燃油經(jīng)濟(jì)性。
相比于混合動力汽車,微型混動汽車已經(jīng)達(dá)到其70%左右的節(jié)油效果,比傳統(tǒng)燃油汽車節(jié)約14-17%的燃油。并且微型混動系統(tǒng)的成本方面只是混動系統(tǒng)的30%,這也是微型混動汽車的最大優(yōu)勢。