【重型汽车驱动方式】48V轻混技术在重卡中的应用前景

当前，我国高度重视环境保护工作。为更好满足绿色、高质量发展要求，汽车领域电气化、智能化、网联化成为发展大势，其中，48V轻混技术在重卡中的应用就是汽车电气化发展的很好例证。如果纯电动重卡的制造技术还不成熟，那么48V轻混技术将是制造环保型重卡的重要技术手段。据了解，中国即将出炉第四阶段重型商用车燃料消耗标准，预计比第二阶段降低30%-35%，比第三阶段降低15%-20%[1]。虽然当前48V轻混技术主要应用于乘用车领域，在商用车领域应用很少，可是随着国家对重型商用车燃料消耗标准提高，48V技术在重卡中的应用是可以期待的。

一、技术介绍

48V BRS（Boost recuperation systeme）系统作为轻混技术mHEV(mild hybrid electric vehicle )的一种，具有节省燃油、保护环境的效用。传统内燃机汽车搭载第一代48V系统（电机通过皮带轮与发动机集成），节油率可达到8%-12%，搭载第二代48V系统（电机与变速箱集成）预计节油率12~19%[2]。可以说，48V轻混技术是汽车领域未来十年内性价比最高，应用更加广泛的新能源汽车技术。48V轻混技术有些显著优势，比如功率大于5KW时，能量回收效率很高；具有扩张启停功能，如可以控制汽车缓慢启动或平滑停止；实现电气单元化，如配有涡轮增压器和电动助力转向系统等。

二、系统电压浮动情况

48V轻混技术中“48V”含义是系统额定直流电压。工作时，系统电压并非恒定维持在48V，而是有上下浮动的区间，工作时系统电压各区段的名称如图1所示。

图1 工作时系统电压各区段的名称（图片来源：联合电子）

48V电池电压随着剩余电池容量（SOC）变化而变化，例如，常温下电池剩余电池容量从10%-100%时开路电压为32.5V-49.8V[2]；

BRM电机助力、能量回收模式将影响48V电池的实际电压。一般来说，对于剩余电池容量比较大的电池，其充电电压比较大，通常要高于50V。

选择48V作为系统额定直流电压，还有出于保证安全用电、安全出行的考虑。对于新能源汽车动力电池，60V是安全电压，不高于60V的新能源汽车动力电池不需要采取额外防护措施，48V轻混技术充电电压为56V，比动力电池安全电压低，安全性能可以得到保证。

三、关键零部件简介

（一）动力电池

车用锂离子电池组是混合动力汽车的重要组成部分，其主要优势有能量密度高、容量大、无记忆等，成为汽车厂商和电池厂商非常重视的产品，目前各国电池研发重点是锂离子电池。

48V锂离子电池可以为系统提供48V电压，存储能量，回收制动能量。特定情况下，电池为12V电气网络提供能量。

就动力锂离子电池而言，目前，三元锂离子电池组和磷酸铁锂离子电池组以及钛酸锂离子电池在电动汽车领域都有应用。2020年技术提升阶段。新型锂离子电池实现产业化，动力锂电池实现智能化制造，产品性能、质量大幅度提升，成本显著降低，纯电动汽车的经济性与传统汽油车基本相当，插电式混合动力汽车步入普及应用阶段。典型48V锂电池示意图如图2所示。

图2 典型48V锂电池示意图

（二）助力回收电机

助力回收电机既可以用于发电，也可以为汽车提供前进动力，甚至可以在48V动力电池组驱动下快速启动发动机。BRM一般使用爪级电机，替代传统汽车上的14V发动机。典型助力回收电机如图3所示。

图3 典型助力回收电机

（三）发动机

48V发动机可以配置在发动机和变速箱上，在行驶时，以消耗电能的形式辅助驱动汽车前进，节省汽车燃油消耗；在制动时，可以回收动能，将部分刹车损失的能量储存起来，提高能源利用率，降低新能源汽车燃油使用成本。典型48V发电机如图4所示。

图4 典型48V发电机

（四）电力转换单元

双向DC/DC变换器在48V助力回收系统中连接高压网络(<60V)和12伏网络。能量可以从高压网络向低压网络传输，对12伏网络供电；也可以从低压网络向高压网络传输，为BRM起动、助力、回收供电。典型电力转换单元如图5所示。

图5 典型电力转换单元

（五）逆变器

可以将动力电池的直流电转变为交流电，配合永磁或感应电机为整车各种电力系统提供能源。

（六）转换器

将动力电池48V电压转化为12V或24V基本电压，为车辆的各种电力系统提供安全、符合用电要求的电能。

四、系统功能简介

（一）滑行启停

车辆在滑行过程中（不踩踏油门踏板或刹车踏板），48V发电机将使发动机暂时熄火，使车辆传动系统暂时断开，从而减少燃油消耗，增加滑动距离，提升车主的驾驶体验。

（二）能量回收

车辆在制动过程中，48V发电机可以收集部分制动损失的能量转化成电能，重新用于汽车行驶过程中需要消耗电能的各项活动，节省能源，减少燃油消耗。

（三）电机助力

当驾驶员需求行驶速度大于汽车燃油发动机最高行驶速度时，48V发动机可以为汽车加速系统提供动力，提升加速性能，更好满足驾驶员需求行驶速度。

（四）电爬行

车辆低速行驶时，不启用燃油发动机，仅依靠48V发动机驱动汽车前进，减少燃油发动机使用，达到保护环境，降低油耗的效果。在城市道路拥挤环境下，这种汽车驱动方式可显著降低汽车尾气排放，减少城市空气污染。

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五、优势分析

（一）节油性能好

48V动力系统一般与内燃机并联。相较于高压混合动力系统，48V动力系统消耗电能更少，充电费用更加低廉。对于车辆油耗，由于车辆构造原因，48V轻混技术可以使燃油经济性提高15%-20%[3]，一定程度上降低汽车的能源成本。

（二）安全性能好

虽然资料显示，36V电压为人体安全电压，但是在新能源汽车48V动力电池中，判定规则应该改变，只要电池电压低于60V，就可以认为是安全电压。国际上通常认为60V以下的直流电压和25V以下的交流电压为低电压。可以认为，48V属于低电压，48V动力电池安全性能是有保障的。

（三）稳定性强

48V动力系统不仅可以节省燃油、辅助驱动汽车前进，还可以同时满足多台车载设备的用电需求。48V动力电池是容量很大的蓄电池，可以提供稳定电能。传统燃油车依靠内燃机为空调压缩机、冷却水泵等设备提供电能，一定程度上加重内燃机负担，影响汽车行驶。48V动力电池可以为整车多台设备提供电能，为汽车内燃机减负，保证汽车稳定行驶。

（四）生态效益好

48V动力系统有滑动启停、能量回收、电机助力和电爬行等功能，可以减少内燃机使用，增加48V发动机使用，减少汽车尾气排放，促进生态环境改善。相比于广义混合动力汽车，48V混合动力系统仅需要 30%的成本，可以达到 70%左右的效果[3]。从性价比方面来说相当划算。当前，我国高度重视生态环境保护工作，做出一系列决策加大生态环境保护力度，48V混动技术对保护生态环境具有积极意义，符合高质量发展大势，更可能受到国家政策支持。

（五）可实现性强

当前，重卡电动化、智能化、网联化是该行业的发展趋势，然而重卡载重大、体积大、安全性能要求高，这对重卡动力电池提出更高要求。目前生产出来的重卡动力电池还有重量大、体积大、电能供应不足等问题，纯电动重卡相关技术仍处在开发、成长阶段，这时，48V轻混技术可以及时填补纯电动重卡的空白，进一步推动重卡电动化，满足更多重卡车主节省燃油，减少用车成本的需求，推动48V轻混重卡比纯电动重卡更早迎来发展春天。

六、小结

我国汽车行业高质量发展趋势日渐明显，电动汽车取代燃油汽车是浩浩荡荡的历史大势。48V轻混重卡是商用车迈向电动化的重要一步，不仅节约燃油，保护环境，而且现阶段可实现性强于纯电动重卡。应该说，相对于研发纯电动重卡，研发48V轻混重卡是整车生产企业较短期内获取利润，承担较小风险的选择。不仅推动企业自身发展，也切实为提升用户出行水平，支持国家节约资源、保护环境战略作出贡献。据了解，目前国外不少企业已对48V混动系统进行超前部署，国内也有车企也在做技术储备。随着全球商用车节能减排的进一步推进，也许我们很快就会看到48V轻混卡车出现在身边。