电池研究院：为何汽车需要48V电压系统？

  日期：2024-03-15 作者: 成功案例

  1、车上有不同的电压系统，12V电瓶最常见，48V正在引入，200V以上是可以驱动车轮的高压系统。

  2、48V混动也算混动，别拿村长不当干部，这玩意又省油又便宜，从全车生命周期算下来很值得。

  4、豪华品牌最爱48V，因为12V不够电用 德系、美系是先锋，中国品牌在追赶，日系比较佛系。

  早期的内燃机汽车产品并没有电气系统，启动用摇柄解决（就是现在的手扶拖拉机“钥匙”），喇叭用铃铛解决，大灯则由内燃机直接供电。

  1918年，AMC的前身，也即是哈德逊汽车公司（Hudson Motor Car Company），将6V电压带进量产车装配序列，并逐步催生了车载电灯和车载启动机的装配。

  经过了30多年的发展，6V电压系统被打败了，从笔者的历史观来看，征服它的是美国人。

  美国赢得二战，积累了巨额的社会财富，美国豪华车成为整个20世纪50年代最顶尖的民用工业产品，动辄6-8L排量的美式大V8发动机让6V电压系统腰腿酸痛。当然，世上没有6V电压系统干不了的活儿。如果有，那就串联两个6V。这就是我们当今还在用的12V铅酸电池之由来。

  2010年发布的保时捷911GT3 RS可以选装锂离子电池，官方称能减轻10kg重量。不过这项配置也并未持续下去，因为锂离子电池并不太适合担当铅酸电池的低电压低自放电角色。

  有些重型车辆会使用两套串联的24V电压系统给电气系统供电，或者串联成24V之后再并联成更大能量的组合。

  1988年，美国豪华品牌们顶不住车内用电器激增之后的电量匮乏问题，比如凯迪拉克就是在当时全球首次安装卫星导航系统的，美国汽车工程师学会（SAE，Society ofAutomotive Engineers）最终倡议将乘用车的标准电气电压提到42V，不过最终没能推动下去。

  豪华品牌们苦低压系统久已。你看常见的发动机自启停系统，即便用上AGM电瓶（Absorbent Glass Mat Battery）也已达7kW左右的功率极限，电路的鲁棒性跟印度电网差不多

  一直到2011年，德国豪华品牌们也扛不住弱鸡的12V电压系统了，开始组团提倡使用48V电压系统，并推出了一个新的行业标准LV148。

  48V电压系统有了4倍电压，电池包的能量逐步提升，可以经受更长时间的内燃机停机，还能通过BSG/ISG电机进行能量回收，协助车企们应付欧盟2020年的95g/km排放法规压力。

  到了200V甚至更高，这些高压电池可以单独驱动车轮，因此我们叫做“动力电池”。

  比较著名的千万辆级HEV非插电式混合动力技术丰田THS，用的就是大约200V的高压电池包，不自燃、单位体积内的包含的能量低、比较重、循环寿命超长的镍氢配方。

  大约250V的动力电池来自丰田引以为豪的Mirai氢燃料电池车，用来储存氢燃料电池系统产出但还没有来得及用完的电，以及能量回收系统刚刚收回来的残余电能。

  从300V往上都是可插电的动力电池产品，目前电压最高的乘用车电池产品是保时捷的800V系统，是当前主流400V（附近）系统的两倍电压。这组电压范围为610-835V的电压系统源自保时捷919Hybrid混动赛车，想知道919传奇故事的请点开下图，笔者写了好久的一篇长文，感慨坏了：

  800V电压系统能更高速地“获得电能”与“释放电能”，原理跟“文章临近Deadline时工作所承受的压力大增所以写得特别快”差不多。

  通过增加电压，电缆损耗降低，电缆负载能增加，这条定律也可拿来解释12V到48V的进化之路。

  这是笔者一直在思考的问题，但最近两年终于理清思路了我只要把所有混动系统（Hybrid Vehicle Drivetrain）看作内燃机（ICE，Internal Combustion Engine）的节能技术，就能把当前绝大多数的“油-电”混合技术融入同一个知识体系内。

  听笔者念完上面这几串，大多数人应该基本理解目前最主要的四种混动形式了。其中微混是每台自启停汽柴油车都有的，轻混是现在市场热推的48V车型，强混是双擎那种超省油但不插电的混动车（鸡肋到炸的动力居然叫“强”混），插混就是能补电、能享受国家补贴的。

  害，就是这么简单。因为48V系统是最高压的低压系统（混动节能效率最高），又不需要高压系统（HEV/PHEV/REEV/FCV/BEV）的繁琐电控/绝缘/热管理，这分明就是鸡头凤尾中的优质鸡头，

  《中华人民共和国节约能源法》《中国制造2025》《汽车产业中长期发展规划》一直在强力推动车企进行ICE系统的节能化改造，唯一可能的方向就是部分电气化（从微混到插混）。

  大家是不是习惯了一上车就关掉发动机自启停系统（Micro Hybrid）？因为这默认开启的讨厌玩意根本省不了几秒的油，振动还贼大，大夏天的没经同意就给你停了空调压缩机，完全就是车企为了应付油耗测试弄出来的。如果要评选“实际上最垃圾的汽车配置”，自启停系统认第二，没技术能认第一。

  我国乘用车新车的2025 年目标有多苛刻呢？下降至 4 .0L/100km，对应二氧化碳排放约为 95 g/km。

  单凭48V轻混动肯定打不到，但2025还远着呢，作为过渡的低耗减排技术，绝对是当前最明智之选。

  多少钱给装一个啊？这样的一个问题太刻薄了，无法回答。如果我们仅需要优化5%左右的驾驶循环油耗，那么48V电压系统下的BSG/ISG才是最高性价比的选择。当然，理论上可以优化12%左右，只是当前实测数据并不支持这个假设（我是否太客观太老实了）。

  一套48V系统，成本仅需大约600块钱就能完成大约1%的油耗优化，稳赚的生意谁不做？

  48V电压系统广泛推行的另一个重要原因是产业跟上了，BSG与ISG电机越来越便宜，电池技术也得到了一定突破。

  锂离子电池在PHEV和BEV的井喷式发展大潮中得到了技术革新，现在用在48V系统中的1.5kWh低压电池包在外尺寸、整备质量、充放电速度、成本控制、安全性上都有了很大的改进。

  低功率负载归12V系统，高功率负载归48V系统，12V扛不住的负载就别硬上，勉强没幸福。

  a、BSG/ISG电机：更大功率的启停一体式电机，还能进行动能回收，ISG还可以给到扭矩辅助（虽然很少）。

  b、电子增压器：增压器电气化之后，涡轮迟滞就没有了，什么转速下都能给让涡轮有正压，动力输出的突兀自然少了很多。

  c、空调压缩机与PTC加热电器：食量变态的耗电角色，功率分别都在4kW左右，挂到1.5kWh锂电池上之后，就不用烦恼每次自启停就停止制冷（12V电压系统根本扛不住）。

  d、空气悬架：空气悬架（弹簧）里头有空气压缩机，用上更大功率的48V系统之后能保证空气悬架反应更快。

  h、智能车机系统：下图自己感受，L2+的200TOPS算力要耗掉45W（笔记本充电功率），L5的2000TOPS就是800W，请问12V系统一共才多少kW？

  低功率负载还是可以交给12V电压系统的，比如照明系统（LED化之后很节能）、信号系统、蜂鸣器、仪表盘、电窗门锁以及发动机喷油点火系统等等。

  用户买车就是图个性价比，48V轻混动车子没升价/只升一点点钱，可以换来挺多的：

  b、能量回收过程中的心理愉悦。（因此车企喜欢把能量流显示在仪表盘/中控屏上）

  f、有些BSG电机可以在换挡期间调整ICE的转速以消除自研自产自销的垃圾双离合变速箱之顿挫，具体是哪个聪明品牌我就不点名了。

  除了以上6个小点的用户得益，开节能汽车如今也成为了一种政治正确，车企当然也想通过相关的宣传来展现用户群体“拥有精英人群的社会责任感”。

  进入本文最重要环节，但这节的内容很复杂，单劈一篇万字长文是没问题的，但读者们应该会直接关掉网页

  1、能量互通：两套电压系统是互通的，理论上都能够最终靠DC-DC互相升降压充放电供给对应电压的负载，因此总系统不易亏电，不用经常启动内燃机。

  2、滑行储能：48V系统加入之后，车辆更容易实现滑行储能模式，也就是视觉传感器、位置传感器、卫星信号判断你要进入“滑行至停止”这个工作，提前30秒左右停掉内燃机并让BSG/ISG反转发电。

  3、反转储能：BSG/ISG作发电机用，能量来源可能是刚刚提到的滑行，可能是内燃机经济转速下的剩余动能，也有可能来自专门的发电模式。比亚迪DM3系统就有发电模式，让汽油机固定在1500rpm 用BSG进行8kW发电，实际上不好用。

  4、能量大增：内燃机运转时可以电系统充电，12V铅酸电池与48V锂电池的总能量一般在2kWh左右，足够红灯前吹好一阵子空调冷风了，不用经常启动内燃机。

  5、扭矩辅助：ISG电机能够给大家提供50Nm左右的驱动扭矩（但不能单独驱动车轮），帮内燃机降负荷，某些特定的程度上降低了油耗。

  接下来笔者上一张多年前P的老图，这里基本说清了电机位置和作用，其中48V系统能供给P0（BSG）、P1（ISG）、P2、P0+P3四种电机布局使用。

  目前市面上见到的48V电压系统之电机，基本都是取代原发电机位置的BSG电机，因其成本最低、结构最简单，多数12V车型随便一改就能成为12V+48V的BSG轻混车型。

  德系是后来者，反而居上了。究其原因，便是因德系豪华品牌太多了，高功率负载多，老早就受不了12V电压系统了。

  奔驰从W221那一代奔驰S级（2006-2013）就开始做48V系统的尝试，宝马则在ActiveHybrid 7（2010-2012混动7系）上进行了试验。最终第一个跑出来的不是奔驰宝马，而是2017年发布的第四代奥迪A8（D5）。笔者印象非常深刻，是因为那篇首发技术解析稿是熬夜写的。

  不过A8的48V系统用了更简单、更便宜、没有办法进行扭矩辅助的BSG电机，虽然没对动力有帮助，但油耗有了0.7L/100km的下降。同样的系统很快就用到了奥迪A6（2018）、A7（2018）、Q7（2020）、Q8（2020）、A4（2020）、Q5（2021）之上。

  奔驰必然不会落伍，EQ Boost 48V立刻奉上。请注意，这是一台更高阶的ISG电机，不仅帮助省油，还能进行扭矩辅助（因为在发动机飞轮输出端）。这些ISG很快就装备到了C级（2018）、CLS级（2018）、S级（2018）、AMG GT53（2018）等车型上。

  至于宝马，其实上一年5系就在海外铺开了48V，但华晨宝马还没有跟进。第八代大众高尔夫也有48V，第四代EA888天生就跟48V匹配，预计以后德系是铺48V最积极的一个阵营。

  保时捷呢，当初不是48V的主发起人吗？是的，保时捷很需要48V电压系统来伺服主动防倾杆。空气悬架等高功率负载。

  此外，保时捷911也在做更加深入的电气化尝试，先是自启停微混，然后是48V轻混，以后还会有插混甚至纯电。

  通用集团是低压系统高压化（12V一次，42V又一次）的先行者，旗下几个品牌都玩过48V轻混，比如土星在2007年开始做轻混，不过终究是全面转向48V。

  跟德系品牌一样，最先量产48V轻混系统的电力需求最大的豪华品牌。新出的2021款凯迪拉克XT5和XT6全系都铺了48V轻混，ISG电机功率10kW，可以给50Nm的扭矩辅助。因为是ISG，所以不需要改原来的发动机和变速箱，在年款车型上都能直接装备。

  凯迪拉克给出的综合工况节油成绩是“节省5-6%”，足够老实，因为很多三四线%左右。

  实际上，这个比例的确比较可以了。我之前用的LTG引擎没可变缸技术，变速箱也是老款的8L45，超速挡位减速比不够大，所以高速油耗还不够极致。后来换LSY+9AT之后，一百公里可以省2.5-3.0个油，主要功劳是可变缸技术和更加省油的9号超速档。现在凯迪拉克推出“2.0T可变缸涡轮增压+9AT+48V”组合，还能再优化5-6%，ICE的停机时间能更长。

  美系另一大阵营是福特集团，不过可能因为上一年长安福特混得不够好，所以没有及时引入48V系统。中国花了钱的人“三缸”这个词太介意了，实际上福特的EcoBoost三缸机非常高效率，配上48V电机之后还能省更多油，海外版的福克斯和嘉年华早就用上了。

  大家有没发现我没提林肯哎，一个以NVH取胜的豪华品牌，怎么现在还没48V电压系统引入中国呢？

  就如前文提到的那样，美系品牌是高压化先驱，像凯迪拉克/林肯这种开始慢慢地铺智能车机、无人驾驶、主动悬架的品牌，现在正是时候全面搭载48V，一方面解决电力窘况，一方面提升平顺性和静谧性，一方面的确也能省点油。

  比亚迪在2013年推出了自家的48V弱混技术，他们叫“绿混系统”（希望基金读者不要介意），不过这款弱混系统并不怎么出名。真正卖断货的是第二代唐DM，很多订金用户（不是没交钱的意向用户哈）最近等不到车放弃，这种热销场面对于比亚迪而言是第一次。

  虽然唐DM用的是不可以进行扭矩辅助的BSG电机，但还有P3和P4两台大功率驱动电机，所以动力输出强势得可怕。

  吉利也是推动48V的产业巨头，他们主打的是接地气的BSG电机，不过官方说能省15%（！！！）。笔者看到有媒体软文吹“吉利能省15%，奔驰奥迪远不如”就觉得特别恶心。

  此外，一汽、长安、广汽、长城等品牌也都在跟进48V，而起步比较早却被反超的是江淮，我们2017广州车展就解读过他们家的48V轻混系统。

  为什么单独说说江淮呢，因为他们这套HyBoost轻混系统用的是磷酸铁锂配方的48V电池，能量只有区区0.38kWh 我一直很想试试装机之后会有哪种级别的节能效果。

  第二句：马自达和斯巴鲁这两家只用工程师脑袋想东西的厂家从2019开始逐渐尝试48V系统。

  第三句：铃木发力最早但其中国市场失败了，刚发布的日产逍客有48V但不知道是否引进。

  48V市场兴起，将产生巨大的利润市场。因为电池、电控、电机都可以外包，所以基本上买回来装机调试一下就能用了。

  大陆集团专注做BSG电机，另一个巨头博世也在不断研发新的BSG，宁德时代给它提供48V电池包。

  此外还有德尔福、法雷奥、日立、舍弗勒等等零部件巨头也参与了这块蛋糕的抢夺，不知道为啥电装没声没气。

  因为12V电压系统对应的自启停振动太可怕了，我上车第一件事肯定是关掉自启停，不能为了省几滴油损失整个旅程的平顺性。

  我们都会说一个网络词汇“力大砖飞”，实际上48V自启停的确可以用大力出奇迹，48V可以搭载10-15kW大功率BSG/ISG电机，平顺性上去了，消费者才肯用自启停系统。

  把它当成一个动能回收装置，省出来的能量给车载用电器用，差不多就这个意思。