整车低压48V电网架构的发展趋势及其深远影响

自1960年代以来，汽车的低压电网一直采用12V电气系统，沿用至今。

特斯拉在2023年底发布的Cybertruck首先采用了48V低压电网架构，取消了12V电池，并宣称后续车型都会往48V演进，将48V带入大众视野。究其原因，还是因为辅助驾驶(更多的传感、冗余备份)，线控底盘及“移动生活空间”相关的信息娱乐舒适功能(冰箱、彩电、沙发、主动悬架等)的应用，车辆平均功耗逐年增加(图1)。

从配电角度看，提高低压电源的电压势在必行，否则传统12V电网很快就会到达极限的3kW-4kW，无法满足相关应用需求。

图1：低压电网功率需求演进图(引自博世电网白皮书:为未来移动出行升级下一代整车电网(Powernets))

成本及演进方式分析

48V系统有众多好处，不仅可以提高低压电网的整体功耗，实现更多的大功率功能应用，还能帮助整车节省线束线径、减重和提升整车效率，从而带来一定程度降本。但当前48V产业链不成熟，可用的芯片主要集中在电源、驱动、配电等方面，芯片种类有限。芯片和负载可用性较低，短期内对整车技术和成本的挑战较大。

图2基于某中端车型进行了成本预估。假设该车型使用混合配电架构，即一级配电使用传统保险，二级配电通过区域控制器实现电子配电。同时该车上大部分50W以上低压负载从12V升级为48V，其余保持12V不变。可以看出，短期内整车成本增加较多。

图2 48V整车短期成本增加

长远来看，48V零部件的成本会逐渐降低，整车整体的成本也会相应下降，但这也并不意味着所有负载都需要变成48V。对于部分低功率负载，通过转换成48V减少线束成本和提高效率带来的收益并不明显，因此可以仅将带来较大收益的负载变为48V，其余负载维持12V不变，通过内部电压转换实现驱动。所以在不同的阶段，基于48V芯片和负载的可用性情况，相应的电网形态会有所不同，如图3所示。

图3 48V低压电网演进方式示例

总的来说，对于不同的车型，48V并不一定是优于12V的解决方案，须明确相应车型电网架构变更的真正驱动力，才能带来更好的商业收益。

影响分析

转换成48V对传统控制器、执行器影响较大，图4以联合电子批产的某个区域控制器为例进行了相关分析。假设该区域控制器驱动/配电端50W(电流>4A)以上的主要负载都转换成48V，结构设计、材料选型、实验测试、工厂生产整个开发生产环节都需要更新升级，导致开发和生产成本增加，相应的变更及影响如下：

图4 48V区域控制器示例

硬件层面的电源转换、驱动和通信等芯片需要升级，同时需要增加内部48V/12V DCDC及考虑电压隔离和散热设计；

软件层面，对应的电源芯片、 I/O驱动需要重新开发，相应的基础诊断、通信代码需要适配，48V转12V DC/DC软件需要重新开发；

结构方面，外壳和连接器需重新考虑耐腐蚀和爬电间距重新设计，此外外壳可能需要升级成金属；

实验方面，EMC、电性能和耐久均有差异，相应的实验负载箱及测试设备需升级；

工厂的刷新和测试工位的供电设备需要升级。

对于48V控制器，联合电子在48V轻混车上拥有丰富的开发、验证及批产经验(MHEV 48/12V DCDC, 48V BMS)。面对新架构下的48V其他产品需求，也有着丰富的系统、软件、硬件技术储备，能够为客户提供高效解决方案，加速48V产品在新架构中的可靠落地与规模化应用。目前联合电子已拥有区域控制器ZECU，智能电网管理模块PNG，车载计算平台VCP等产品。