在一文了解12V車載電源 中介紹了12V鉛酸電池自1950年代初從6V提升到12V后，一直沿用到今。同時(shí)隨著汽車電動(dòng)化和智能化的快速發(fā)展，主機(jī)廠開始探索更高電壓的車載電源，大概在2010年開始?xì)W洲多家主機(jī)廠將混合動(dòng)力車輛將電壓提升到48V，但該方案為弱混方案，在純電動(dòng)車可發(fā)揮的空間不夠。最近特斯拉Cybertruck推出，該車采用全新的48V電源系統(tǒng)，使得48V電源系統(tǒng)被各個(gè)主機(jī)廠和供應(yīng)商再次重視起來(lái)。48V車載電源則是為了滿足日益增長(zhǎng)的車載負(fù)載需求，更嚴(yán)格的排放法規(guī)和更好的性能和效率，替代12V或24V車載電源。
Source: 汽車48V系統(tǒng)技術(shù)詳解那么本文就聚焦在48V電源系統(tǒng)，來(lái)詳細(xì)了解下其信息。1 之前的48V電源系統(tǒng) 當(dāng)最近聽到48V系統(tǒng)，我的第一反應(yīng)還是之前混動(dòng)車上的48V電源系統(tǒng)，即2010年，德國(guó)車企在燃油汽車上推的48V電源系統(tǒng)的弱混方案，對(duì)動(dòng)機(jī)怠速啟停技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和改造，采用48V電源系統(tǒng)提供更大的功率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和降低排放。該48V系統(tǒng)是作為12v系統(tǒng)的補(bǔ)充，通過(guò)DCDC轉(zhuǎn)換器將其集成在原有12V系統(tǒng)上，避免了傷筋動(dòng)骨的變更；同時(shí)，積累了48V/12V雙總成的電壓技術(shù)。如下所示： Source: : Base architecture – source: Delphi 48V弱混系統(tǒng)有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：- 由于電壓低于60V，屬于安全電壓，不需要采取額外的電壓防護(hù)，相對(duì)高壓混動(dòng)系統(tǒng)，成本更低；同時(shí)，相對(duì)于12V電源系統(tǒng)，相同功率下工作電流更低，相應(yīng)地?fù)p耗也大大地降低。
- 可將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的高負(fù)載附件電動(dòng)化，比如空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵、真空泵等，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的情況下，這些設(shè)備也能工作。
- 將車載電器工作電壓提升到48V，一方面可以支持更大功率的車載設(shè)備，另一方面可以進(jìn)一步降低損耗，同時(shí)可以降低線束外徑。source: Scalable platform concept for introducing 48-volt electrical systems – Audi
當(dāng)然48V弱混系統(tǒng)有存在幾個(gè)不足點(diǎn)，比如：48V電源系統(tǒng)的弱混方案不是直接將系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓直接提至48V，而是保留了原來(lái)的12V電源系統(tǒng)，增加了一套48V的弱混系統(tǒng)。2 特斯拉的48V電源系統(tǒng) 在上述的48V電源系統(tǒng)發(fā)展了十幾年后，去年特斯拉Cybertruck采用全48V 電源系統(tǒng)，即Cybertruck上完全摒棄了12V電源系統(tǒng)，特斯拉需要把所有車上的用電設(shè)備都納入到48V的工作范疇之中，這意味著所有車載電子設(shè)備都兼容48V電壓，對(duì)車輛內(nèi)部所有電子組件的定制設(shè)計(jì)，確保它們能夠直接在48V電壓下工作，從而避免了需要一個(gè)12V子系統(tǒng)來(lái)兼容舊有設(shè)備的問(wèn)題。
Source: 48V區(qū)域架構(gòu)：電動(dòng)汽車的未來(lái)特斯拉為什么要這么做呢？這是因?yàn)閷?duì)特斯拉來(lái)說(shuō)，12V電源系統(tǒng)承載能力達(dá)到極限，需要構(gòu)建新電氣平臺(tái)，以支持更高的用電功率需求，比如：智能駕駛的感知系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，智能底盤的線控制動(dòng)和線控轉(zhuǎn)向，智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的大屏幕、音響和GPU。Source: Why Tesla's move to 48-volt electrical architecture is an industry game changer用這樣的全48V 電源系統(tǒng)，與12V電源系統(tǒng)相比，同樣的功率下，電壓越高，電流就越小，需要的電線也更細(xì)，因而可減輕重量和節(jié)約成本。如下示例，相同輸送距離輸送同樣的功率，12V比48V電源電線重量減輕85%。 Source: 48V 系統(tǒng) - 告別 12V | Vicor | 汽車 (vicorpower.com) 另外，48V電源系統(tǒng)還可以顯著降低電阻損耗，從而提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。
雖然48V電源系統(tǒng)使用的線束成本更低，也更容易安裝，但是48V電源所使用的零部件還沒(méi)普及，因而成本遠(yuǎn)高于12V電源系統(tǒng)，另外在復(fù)雜性和安全性方面也存在一些挑戰(zhàn)，比如需要一些新的安全功能來(lái)防止觸電等。3 從12V過(guò)渡到48V我們都知道，現(xiàn)在家用車幾乎都是12V電源系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池充電，并給其他電子設(shè)備供電，比如車燈、音響、空調(diào)、車窗升降、雨刷等。這套12V電源系統(tǒng)已經(jīng)形成了很強(qiáng)的規(guī)?；跃S修和更換部件相對(duì)較為簡(jiǎn)單和普遍，市場(chǎng)上易獲得的配件和技術(shù)，對(duì)于傳統(tǒng)家用車來(lái)說(shuō)12V電壓帶動(dòng)相關(guān)的設(shè)備也完全夠用。而48V電源系統(tǒng)在某些電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中應(yīng)用比較廣泛，相比12V電源系統(tǒng)，48V電源系統(tǒng)可以使電動(dòng)機(jī)更高效地運(yùn)行，也可以減少電流流動(dòng)所需的導(dǎo)線尺寸和重量，從而降低整體重量和成本，并提高車輛的能效。 考慮到12V電源系統(tǒng)的主要限制是其功率輸出相對(duì)較低。對(duì)于一些需要更大功率的設(shè)備，如高功率音響系統(tǒng)或大功率加熱器，該系統(tǒng)無(wú)法滿足需求。12V電源系統(tǒng)在傳輸電流時(shí)需要更多的電流，可能會(huì)導(dǎo)致能量損耗和線路過(guò)載。在這樣的背景下，特斯拉第一個(gè)采用了全48V電源系統(tǒng)，目前這套系統(tǒng)成本很高，也存在一些應(yīng)用的挑戰(zhàn)，但總體趨勢(shì)是向著48V發(fā)展。source: 低壓架構(gòu)的未來(lái)（Cybertruck、Optimus 和未來(lái)的汽車 - 全部采用 48V）不過(guò)一下子48V電源系統(tǒng)取代12V電源系統(tǒng)是不可能的，需要一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，目前業(yè)內(nèi)有人給出了零部件系統(tǒng)電源替換的預(yù)測(cè)趨勢(shì)如下：
source: 系統(tǒng)從過(guò)載的 12V 系統(tǒng)過(guò)渡到 48V 在預(yù)期的10到15年的48V電源系統(tǒng)過(guò)渡期間，許多車輛將繼續(xù)使用現(xiàn)有的12V附件和子系統(tǒng)。這些附件和子系統(tǒng)工作良好，立即進(jìn)行改造的成本太高，因此仍然繼續(xù)使用傳統(tǒng)的12V線束來(lái)實(shí)現(xiàn)。過(guò)渡期間，供電架構(gòu)將采用分布式架構(gòu)，如下所示:source: Solving automotive electrification challenges via a
decentralized 48V power architecture
車輛的48V電源來(lái)自汽車的 400/800V 主電池，然后輸送到48V負(fù)載，以及輸送給48V/12V電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后給12V負(fù)載，這樣電池的48V輸出被分配到車輛中的各種大功率負(fù)載，最大限度地提高低電流 （4x） 和低損耗 （16x） 的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)更小的物理尺寸和更輕的重量。具體落地方案可以像如下示意: 
通過(guò)使用這種分布式供電架構(gòu)，采用分布式模塊而不是大型集中式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，N+1冗余也可以以更低的成本實(shí)現(xiàn)。如果負(fù)載功率，這種方法也有優(yōu)點(diǎn)車輛開發(fā)階段的變化。而不是完全從頭開始實(shí)施更改定制電源，工程師可以添加或取消模塊。另一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)是由于該模塊已獲得批準(zhǔn)和認(rèn)證，因此縮短了開發(fā)時(shí)間。
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