出现许久的48V电气架构,如今终于得到了补“全”

买车大师 2023-12-22 11:59:00

早在汽车诞生之初,车内是没有电气系统的。直到1918年,人们才开始在汽车中加装6V电气系统,为的是改变不太雅观的“手摇”式点火。但随着内燃机排量的增加,6V系统已经不能满足点火需求,于是在1950年引入了12V系统。

从此,12V车载低压系统就这样服役了70余年,兢兢业业地为汽车照明、车载娱乐、电子控制单元和其他小功率电子设备提供电力。直到2010年,被碳排放法规约束的欧洲车企开始在燃油车上推出48V系统,制定了相关标准LV148,这也就是我们现在熟悉的弱混系统(Mild-Hybrid)。

奥迪A8搭载的48V系统

有了48V系统作为低压动力来源后,再配备启停系统,车辆可以实现长时间关闭发动机,从而避免浪费过多燃油以达到减少碳排放的目标。但问题是,这些搭载了48V系统的车型,均保留了传统的12V电池系统。即便是在新能源当道的今天,无论是400V平台还是800V平台的车型,也需要利用DC/DC转换装置,将来自动力电池的高压电转化为12V和48V两种电压,分别驱动不同的元件。

直到特斯拉Cybertruck的出现。

是不是全48V很重要

作为一套诞生超过半个世纪的产物,12V系统在设计之初只是为了启动、灯光、喇叭等电器,并没有考虑到冰箱、彩电等大功率用电器有朝一日也会出现在一台汽车上。

在12V低压系统的基础上,再搭配一套48V系统,用以在低速工况下驱动车辆前进,从而达到节能的做法,显然是特斯拉这位成本狂魔无法接受的。

所以,在48V系统面世十几年之后,世界上第一辆低压电全48V的量产汽车诞生了,它就是特斯拉Cybertruck。

“全”字很重要,这也就意味着Cybertruck上完全摒弃了12V低压系统,特斯拉需要把所有车上的用电设备都纳入到48V的工作范畴之中。

之所以这样做,主要是因为在传统12V架构中,接线和组件必须更大、更重,才能处理高电力负载。例如,Cybertruck上出现的全线控转向系统,对电器系统的需求很高,48V架构可以更有效地适应高负载,此时的12V架构就成为了累赘,不如索性全部采用48V。

传统汽车的线束

从技术本身来看,电压由12V升级到48V,高了四倍,理论上通过的电流就会更小,能够减少传递过程中的损耗,并降低温度,同时还能减少对线材直径的需求。而更细的电线意味着更少的铜材料,就能降低线束的重量,从而降低成本。这和我们日常生活中高压输电的原理是一样的。

既然可以加压,那肯定是越大越好吗?其实不然,车载低压系统被提升至48V已经是物理上的极限了。在中学物理我们已经学到过,60V是人类用电的安全电压,而48V的充电电压已经极为接近60V水平。考虑到安全因素,以及用车过程中对绝缘、可靠等维度的标准要求,48V已经是最优解。

但改用全48V之后,电气系统中的某些12V元器件怎么办呢?特斯拉的方法是,在ECU里面设计一个变电模块,自己搞定所需要的电压,理论上需要多少电压都可以自由实现。

在未来,这些诞生自上世纪70年代的元器件也将同12V一起消失在特斯拉的车型上。在刚刚交付的Cybertruck上,特斯拉已经自主研发了车内85%的控制器,在下一代平台中,特斯拉也将完成对“老旧”控制器的全部升级,全部转向48V电力系统。

革新低压系统,对于新能源产品来说是一个必然。

48V到底有哪些优势?

那么,特斯拉革命性的全48V系统到底有哪些优势呢?

首先,更高效。从性能提升方面来看,48V系统的电压级别提高,同等电流情况下,功率提高4倍,等功率下的功率损失较12V系统减少也非常可观。更低的功率损会让电气系统的总体效率大大提升,解除了功率限制,也可以对车用电器进行更精细的控制,提升其性能。

与此同时,还可以满足更高功率的用电需求。例如高阶驾驶辅助、电视、冰箱、音响等大功率用电器可以同时更可靠、更稳定的开启。

其次,更轻量化。上面说到,由于48V系统使用的是更小的电流,所以其线束和相关组件的体积可以更小,使得整个系统的重量更轻。最早的Model S车身内包含了长达3km的线束,而如今,使用新的模块化线束专利后的Model S,其线束长度将缩减至100m。

这对于追求成本的特斯拉来说,无疑是一个巨大的优势。

还有,更好的拓展性。对于电动车的可拓展性而言,48V的加入也提高了可拓展的多样性。对于购买新能源的消费者而言,可拓展性是一个非常重要的考虑因素,48V系统则可以很好地满足这一需求,使更多的车型可以享受到其带来的优势。

最后,更好的操控性。对于搭载后轮转向、主动防倾杆等新技术的车型来说,48V的存在十分必要,它可以让原本被动的悬挂系统变为主动。

例如兰博基尼正在研发主动轮架系统,通过48V电机快速改变车轮的外倾角和前束角,以达到在弯道和直道中均能拥有完美的抓地力。据悉,这套系统可以让车辆的弯道抓地力提升至少25%。主动轮架系统可在任一方向提供高达6.6度的前束调节以及2.5度的正外倾角和5.5度的负外倾角之间的调节。

这种随时改变悬挂几何的能力,可以让车辆的操控及稳定性得到明显提升,电机的加入让车辆动态的调校进入了一个全新的发展阶段。

总之,有了48V系统足够的功率支撑,汽车将变得更加安全可靠、节能环保,以前车内装不上的“黑科技”,也可以放心大胆地应用在车上。这些优点使得48V系统在汽车行业中逐渐得到应用,也是未来电气系统发展的重要方向之一。

现阶段有没有必要为48V买单?

既然好处这么多,为什么过去这么久汽车厂商不去力推48V电气架构呢?总结起来就是:没有必要。

虽然当下国内的新能源汽车市场几乎占据了新车舞台的全部,但它真正占整个新车销售市场的份额却只达到三成多,燃油车包括HEV混合动力车型依然占据了主导。这些车型对低压系统并没有太多依赖,既然12V够用就先用着。谁也不想为了升级电气架构承担额外的成本,并且还得升级配套部件,归根到底还是钱的问题。

对于燃油车来说,想要和特斯拉一样,直接放弃12V全部转用48V的话,需要牵一发而动全身。这关系到车灯、喇叭、雨刷、车机、电机、电磁阀、开关、ECU等等系一列设备的升级改造,基本上等于推倒重来。

而汽车制造业本就高度依赖第三方供应商,传统汽车制造商在全面采用48V架构方面进展缓慢,第三方供应商自然也不愿意去生产新系统电压的配套组件。48V系统在燃油车上更像是一种补丁,多出来的成本自然也会落到消费者头上。

对于消费者而言,用48V完全替代12V,短期内是感知不到的,这涉及到汽车产业链上游的博弈。它的出现与目前火热的800V高压平台一样,理论上可以让用车体验更好,但其背后的制造、落地、配套等一系列成本的提升,需要长时间且大规模去消化。

反而是作为新势力的特斯拉,可以完全依托电气化以及智能化特色来打造产品,其垂直整合、制造能力,完全可以赋予其较高的自由度和敏捷性,能够在内部设计和生产自己的高度集成组件,从而能够快速过渡到48V系统。

作为第一个吃螃蟹的车企,特斯拉已经免费公布了设计专利图,这对后来者来说已经降低了入门门槛。随着加入者的不断增多,48V技术可以很快补偿之前付出的研发成本,进而推动相关业态发展。

大师观察

无论从降本增效还是智能化发展的角度出发,48V架构都是未来趋势,只不过当下的消费者还是把48V当做一种理论值下更具有实用价值的冗余设计吧。可以预见的是,在不远的将来,全球新能源汽车产业还将有一轮新的技术爆发,这也是时代发展的必然。

1 阅读:208
评论列表
  • 2023-12-22 23:02

    48v没什么技术含量!只是需要整个产业链调整产品电压!他困难的地方是一个全产业链生态的建设、生态建设最大的问题是需要很多年才能把成本降下来,不是技术的问题!!这个如果没有中国产业链的参与,特斯拉根本玩不了!所以,别舔的太恶心!

  • 2023-12-26 23:09

    48V架构?我以为是CPU芯片架构,数据库架构,没想到48V也有架构专利,是实用性专利还是发明专利或者外观专利?燃油车的铅酸电池是不是要换成锂电池才行,铅板一个槽2V,相同体积以前6个槽现在要开24个槽。发电机、电动机提高电压不用增加成本?就为了节省一点电线?燃油车肯定不跟风。

  • 2023-12-25 11:14

    安全电压是36v,谢谢

买车大师

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