一文读懂48V电源轻混系统架构

48V系统的诞生

汽车在1918年引入蓄电池，到1920年逐渐普及，当时的电池电压是6V。后来，随着内燃机排量的增加以及高压缩比内燃机的出现，6V系统已经不能满足需求，于是在1950年引入了12V系统。大多数汽车使用电流300安培的12V为车载电器供电，随着汽车上越来越多的新的耗电型电子驱动和功能的增加（电动启停、电动转向、电动悬架、电动涡轮增压、变速空调，以及音响系统、加热座椅和可随动转向照亮黑暗弯道的前照灯），传统12V配电总线只能勉强为牵引电机和制动系统提供所需能量。更重要的是，随着自动驾驶车辆的出现，激光雷达、摄像头和超声波传感器等都需要高性能图形处理器来收集、解释、集成和解释的系统，对配电系统提出了更高要求。这类处理器非常耗电，使传统汽车12V配电总线无能为力。即使是高级驾驶员辅助系统（ADAS），12V电气系统已不能提供所需的能量。未来的车载计算机会消耗上千瓦电力，让12V系统的功率消耗殆尽。由于越来越多的耗电子系统（如主动悬架和电动助力转向）的采用，以及制造商减轻重量和降低成本的压力，汽车制造商已经开始越来越多地采用48V。市场上的电动汽车（EV）越来越多，它们依赖电源系统来完成各种操作，因此采用48V电源系统的更多优势开始显现。

48V轻混的诞生

2011年，Audi, BMW,Daimler, Porsche, Volkswagen联合推出48V系统，以满足日益增长的车载负载需求，更重要的是为了满足2020年严格的排放法规。并在随后发布了48V系统规范LV148。为什么是48V呢？因为60V是安全电压，也就是说只要低于60V的电压不需要采取额外的安全防护措施，48V电池的充电电压最高56V，已经很接近60V，即48V电池电压是安全电压下的最高电压等级了。 48V电源系统比12V电源系统能够储存更多电量，在配备启停系统的车上可以实现长时间关闭发动机，减少出现电池电量过低而频繁起动发动机充电的情况（如果不充电就无法起到发动机了），从而避免浪费过多的燃油。

48V轻混系统架构

添加48V电池为较重的动力总成和底盘系统负载供电，为工程师提供了选择。现在，可以选择添加一些系统，这些系统可以直接处理48V输入，或者通过稳压DC / DC转换器将48V转换为12V，从而保留传统的12V机电负载（如泵，风扇和电动机）。为了应对变化和风险，现有的轻度混合动力输电系统正在缓慢增加48V负载，但仍使用大型集中式高功率48V至12V转换器，该转换器负责馈入12V负载。但是，这种集中式架构并没有充分利用48V PDN的优势，也没有利用现有的高级转换器拓扑、控制系统和封装的优势。

48V轻混系统的优点：

1. 低于60V安全电压，不需要采取额外的电压防护，相对高压混动系统，成本更低；2. 相对于12V系统，相同功率下工作电流只有1/4，损耗只有12V系统的1/16； 3. 由于BSG/ISG的电功率辅助，可以进一步缩小发动机的体积，进而降低排放；4. 可以将传统发动机上的高负载附件电动化，比如空调压缩机、冷却水泵、真空泵等，降低发动机的负载，即使在发动机关闭的情况下，这些设备也能工作；5. 将车载电器工作电压提升到48V，可以进一步降低损耗，同时可以降低线束外径；6. 可以支持更大功率的车载设备。7. 可以涡轮电动化，进一步提高发动机的效率，并且不会有涡轮增压器延迟现象；8. BSG/ISG点火时间更短，更低噪音和更小震动。

9. 48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator，无需大幅更改设计即可配套。

特斯拉转向48伏电气架构

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。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。特斯拉 Cybertruck 的 48 伏系统创新地集成了线控转向（SBW）威廉希尔官方网站 ，这一应用在量产车中尚属首次，尤其是不依赖传统转向轴的车型。

Cybertruck的电子电气架构

Cybertruck采用的是Zone ECU的方式，只不过各个Zone之间的连接不再是CAN线，而是采用的Ethernet的双绞线，48V DC供电和数据传输都是通过这一个Cable来实现的。

这个数据传输只是借用了Ethernet的理念，且采用Daisy Chain Ring环形连接，即使1个ECU掉线了，也可以保证其他的ECU能正常通信。

Cybertruck的48V低压架构图如下所示，红色所示都是其低压区域。

48V优势

第一，48V系统能够更有效地应对高负荷，更高效，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。 第二，更好的操纵性，由于线束连接的减少，车身设计更为简洁，性能更加稳定，减少了线束的大小和重量，尤其是对于低功耗部件。这不仅使得车辆更高效，还提高了车辆的操控性和生产效率。第三，更轻量化。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。第四，这一系统在提高动力传输效率和处理更高电气负荷的同时，还能降低整体重量，从而获得更大的效率提升。第五，更好的拓展性。对于电动车的可拓展性而言，特斯拉开始使用48V系统以后，在电气领域和通信架构领域出现了新的动向，48V区域架构正在成为提高电动汽车性能和效率的关键威廉希尔官方网站 。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。

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