【導(dǎo)讀】由于排放法規(guī)的實(shí)施迫使汽車制造商尋求有效降低汽車碳排放量的方法，因此當(dāng)今許多汽車及其內(nèi)燃機(jī)正在面臨轉(zhuǎn)型。
它們配備了高級(jí)先進(jìn)的安全功能、具有音樂廳般的音響系統(tǒng)、加熱座椅以及可隨動(dòng)轉(zhuǎn)向以照亮黑暗彎道的前照燈，儼然成為了汽車業(yè)的高科技奇跡。
這些技術(shù)中的許多奇跡都依賴并消耗車輛電能。
“一個(gè)12伏的電氣系統(tǒng)可提供約300安培的電流，峰值時(shí)約為600安培，勉強(qiáng)能為牽引電機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)供電提供所需能量，更不用說提供驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代信息娛樂系統(tǒng)和半自主安全功能所需要的能量負(fù)載了。”負(fù)責(zé)公司混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車和動(dòng)力總成系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)的Karl-Heinz Steinmetz說道：“這就需要邁出變革性的一步。”
這一顛覆性的變革正是48伏電氣系統(tǒng)。汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的這一進(jìn)步滿足了如今高耗能汽車更高的電力需求。功率增加還可以使內(nèi)燃機(jī)更有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，以幫助制造商更快地滿足排放法規(guī)要求。
業(yè)內(nèi)很多制造商已接受這一變革。各汽車品牌制造商正在推出具有啟停技術(shù)的輕度混合動(dòng)力汽車。該技術(shù)可使發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車滑行、制動(dòng)或停止時(shí)暫時(shí)關(guān)閉，然后迅速重新啟動(dòng)，并由新系統(tǒng)提供部分動(dòng)力。低端輕度混合動(dòng)力汽車制造商今年將緊隨其后，效仿采用這一技術(shù)。與傳統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車不同，輕度混合動(dòng)力汽車（也稱為電池輔助混合動(dòng)力汽車）中的電機(jī)用于補(bǔ)充內(nèi)燃機(jī)，不單獨(dú)為汽車提供動(dòng)力。
除了減少有害廢氣排放并提高燃料經(jīng)濟(jì)性外，由48伏電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功率增加還滿足了消費(fèi)者對(duì)具有高科技信息娛樂、便捷性和輔助駕駛安全功能汽車的日益增長(zhǎng)的需求。一些48伏電氣系統(tǒng)制造商稱，可節(jié)省多達(dá)20%的燃油。到2025年，二氧化碳的排放量可減少30%。
通過對(duì)這些系統(tǒng)的創(chuàng)新，汽車制造商可以在不影響動(dòng)力、性能和駕駛安全性的前提下，滿足更嚴(yán)苛的全球燃油經(jīng)濟(jì)性和排放標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一個(gè)空氣更清新、道路更安全的世界。
Karl-Heinz Steinmetz
賦能動(dòng)力總成及更多系統(tǒng)
傳統(tǒng)的12伏電氣系統(tǒng)使用常規(guī)的鉛酸電池和交流發(fā)電機(jī)為不斷增加的各種耗能功能提供電能，如車內(nèi)外照明、半自動(dòng)防撞和車道偏移安全功能以及提供車載音頻和視頻的軟硬件。
48伏系統(tǒng)可更多的處理這些功率負(fù)載。現(xiàn)代汽車中的驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器、空調(diào)壓縮機(jī)、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、冷卻液泵、機(jī)油泵和轉(zhuǎn)向助力泵運(yùn)行所需能量由電氣系統(tǒng)提供，而非由以往為內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的曲軸皮帶輪和皮帶傳動(dòng)提供。
通過從以前由產(chǎn)生二氧化碳的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過渡到由48 伏電氣系統(tǒng)電流驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，可使用更小尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)。
Karl-Heinz表示：“這使您可以縮小內(nèi)燃機(jī)的尺寸，將六缸車減小為四缸車大小，從而提高燃油效率并降低二氧化碳排放量。”
在技術(shù)層面，從12伏切換到48伏所需的結(jié)構(gòu)性改造并不大，但是即使增加了更高的電壓系統(tǒng)，汽車制造商仍在努力確保這種調(diào)整能保持長(zhǎng)期韌性。在48伏系統(tǒng)中，由發(fā)電機(jī)而非12伏系統(tǒng)中使用的交流發(fā)電機(jī)對(duì)來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，還需要48伏大容量鋰基電池和再生制動(dòng)系統(tǒng)。通過再生制動(dòng)或恢復(fù)制動(dòng)，發(fā)電機(jī)將汽車減速時(shí)損耗的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)在 48伏大容量電池中。
Karl-Heinz表示：“通過再生制動(dòng)，當(dāng)駕駛員從交通信號(hào)燈處由停車變?yōu)榧铀傩旭倳r(shí)，所存儲(chǔ)的能量將被用于推動(dòng)車輛前行，從而實(shí)現(xiàn)比通常情況下更快的速度。一些48伏電氣系統(tǒng)還會(huì)在車輛滑行或停車時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提高燃油效率并降低排放。”
汽車的HVAC系統(tǒng)也將從中受益。Karl-Heinz表示，許多駕駛員抱怨采用12伏系統(tǒng)的汽車停下時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)就會(huì)斷電。
他表示采用48伏系統(tǒng)的汽車不會(huì)發(fā)生這種情況，儲(chǔ)存的能量可隨時(shí)用于為車窗除霜并更快地加熱座椅。
越來越多的制造商正在使用新型紅外發(fā)熱板，直接為乘客供熱，而不會(huì)浪費(fèi)電能來加熱汽車的其余部分。這類似于為乘客多穿一件衣服來保暖，而不是將恒溫器溫度調(diào)高。
Karl-Heinz表示：“紅外發(fā)熱板的挑戰(zhàn)在于每個(gè)座椅需要約500瓦功率，這給12伏電氣系統(tǒng)帶來了很大壓力。48 伏系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)這種情況。”
未來汽車的核心系統(tǒng)
對(duì)于具有較高自主性和駕駛員輔助功能的車輛，當(dāng)今 12 伏電氣系統(tǒng)遠(yuǎn)不能提供車載計(jì)算機(jī)分析和處理傳感器和攝像頭數(shù)據(jù)所需的能量。
“每臺(tái)車載計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)將消耗約一千瓦到兩千瓦的電力，這會(huì)讓 12 伏系統(tǒng)的功率消耗殆盡，”Karl-Heinz 說道，無論未來的自主駕駛汽車是混合動(dòng)力汽車還是純電動(dòng)汽車，它們都需要48伏系統(tǒng)來承受高耗能的負(fù)載。”
許多汽車制造商正在將起動(dòng)器和發(fā)電機(jī)、直流/直流轉(zhuǎn)換器和電池管理等系統(tǒng)以及HVAC壓縮機(jī)、正溫度系數(shù)加熱器和接線盒之類的車身電子器件轉(zhuǎn)換為48伏系統(tǒng)。此外，氮化鎵在車載充電效率和功率密度、精密電流感應(yīng)、無線電池管理系統(tǒng)技術(shù)以及隔離和電源管理方面的進(jìn)步都有助于減輕汽車重量，并減少驅(qū)動(dòng)汽車形勢(shì)所需的動(dòng)力。
Karl-Heinz表示：“電動(dòng)汽車系統(tǒng)將成為未來汽車的核心系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)道路更安全和空氣更清潔提供所需動(dòng)力。”
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