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）技术，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技术。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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