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圖1：2019-2027年xEV市場展望(來源：IHS Markit)x3eesmc

另據(jù)國際能源署發(fā)布的《2020年全球電動(dòng)汽車展望》，2019年，全球電動(dòng)汽車銷量達(dá)到了210萬輛，上路總數(shù)增加到了720萬輛。然而，即使同比增長40%，電動(dòng)汽車僅占全球汽車市場的1%和全球汽車銷售的2.6%，其余都是內(nèi)燃機(jī)(ICE)汽車，減少二氧化碳排放和遵守政府法規(guī)的需要，促使汽車制造商開始紛紛推出48V輕度混合動(dòng)力(MHEV)車型。x3eesmc

為什么是48V輕混？

2021年，歐盟開始將二氧化碳排放量限制在95克/公里，并計(jì)劃到2030年將其進(jìn)一步限制在59克/公里或以上。此外，中國、印度、加拿大和英國等國家也宣布了在未來幾十年逐步淘汰ICE車輛的目標(biāo)。即便是在當(dāng)前，中國國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求新車每百公里油耗不得超過5.0L，也成了眾多傳統(tǒng)車廠不得不直面的一道坎。x3eesmc

目前看來，單靠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率達(dá)到排放目標(biāo)基本是不可能的，而完全轉(zhuǎn)向純電動(dòng)車，不僅受限于當(dāng)前電池技術(shù)無法解決續(xù)航和成本問題，還意味著棄置原有燃油車產(chǎn)線、人才、技術(shù)等資源，造成極大浪費(fèi)。x3eesmc

這種情況之下，系統(tǒng)成本較低、節(jié)油效果相對(duì)明顯、對(duì)現(xiàn)有整車結(jié)構(gòu)改變不大的48V輕混系統(tǒng)成為產(chǎn)業(yè)新熱點(diǎn)，從德系三強(qiáng)奧迪、寶馬、奔馳到國內(nèi)吉利、比亞迪、長城等多家車廠，以及德爾福、大陸、博世等一級(jí)供應(yīng)商都是其擁躉，甚至一直以強(qiáng)混稱霸市場的日系車企也都已有所動(dòng)作。兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)多年之后，48V輕混系統(tǒng)從被忽視、放棄又重回市場、漸成主流。x3eesmc

在最新的車企新聞中，奔馳AMG C43、奔馳GLC、寶馬X5、國產(chǎn)新沃爾沃S60/XC60、上汽通用新款昂科威、別克GL6、凱迪拉克XT5&XT6 2021款、全新標(biāo)致308、馬自達(dá)CX-3、奧迪S6、WEY全新SUV摩卡、紅旗H5等車型均配備48V輕混系統(tǒng)。x3eesmc

48V輕混系統(tǒng)，嚴(yán)格來說其實(shí)是對(duì)傳統(tǒng)燃油車進(jìn)行更深入的電氣化改造，即在原有的動(dòng)力基礎(chǔ)上，增加一個(gè)48V鋰離子電池、一個(gè)集成式起動(dòng)發(fā)電機(jī)(ISG)或帶式起動(dòng)發(fā)電機(jī)(BSG)，以及一個(gè)用于48V與12V電壓之間轉(zhuǎn)換的雙向電壓控制器(DC/DC)。x3eesmc

ADI公司相關(guān)人士表示，為提高系統(tǒng)兼容性，降低推廣難度，配備48V輕混系統(tǒng)的汽車將同時(shí)搭載48V高壓電池系統(tǒng)和12V低壓電池系統(tǒng)，能提供高達(dá)10kW的可用能量，其中12V總線繼續(xù)負(fù)責(zé)處理如照明、點(diǎn)火、娛樂信息系統(tǒng)等傳統(tǒng)負(fù)載，48V總線將支持主動(dòng)式底盤系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、可調(diào)懸掛以及電子增壓機(jī)/渦輪增壓機(jī)供電，還支持再生制動(dòng)。德爾福、博世以及法雷奧的宣傳資料均顯示，48V輕混系統(tǒng)僅需要高壓混動(dòng)系統(tǒng)30%的成本，即可達(dá)到其70%的效果，性價(jià)比非常高。x3eesmc

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圖2：某Tier 1大廠48V輕混系統(tǒng)示意圖x3eesmc

具體而言，相對(duì)12V、24V或60V系統(tǒng)，48V輕混系統(tǒng)有著如下優(yōu)勢：x3eesmc

1. 相對(duì)于12V系統(tǒng)，電壓升高，同功率下電流更低、損耗更小，同時(shí)對(duì)線束的要求更低，更適應(yīng)整車輕量化趨勢；x3eesmc

2. 相比高壓混動(dòng)系統(tǒng)，最高電壓低于60V的安全電壓，無需額外的電壓防護(hù)，成本優(yōu)勢更大；x3eesmc

3. 傳統(tǒng)依靠發(fā)動(dòng)機(jī)來負(fù)載的空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵等設(shè)備可調(diào)至電池來負(fù)載，從而有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉的情況下，負(fù)載仍可繼續(xù)工作，更為節(jié)能；x3eesmc

4. BSG/ISG技術(shù)和ISG技術(shù)可助力進(jìn)一步縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積，進(jìn)而降低排放，且利用電動(dòng)渦輪替代機(jī)械渦輪，還能進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。x3eesmc

MHEV市場趨勢展望

IHSMarkitAutomotive定義的輕混(MHEV)其實(shí)要比市面上常見的48V略微廣泛，包括12V、48V以及24V輕混。舉例來說，12V的輕混，如奧迪新上市的A4和A6，采用2.0T輕混的技術(shù)路線，在IHSMarkitAutomotive的數(shù)據(jù)庫中，該款車型就歸類為MHEV。而24V的輕混，則主要以馬自達(dá)為代表。x3eesmc

圖3圖4分別顯示了2019-2027年MHEV市場，以及MHEV P0-P4車型電動(dòng)機(jī)功率和電池容量的發(fā)展趨勢?？梢钥闯?，歐洲和中國OEM廠商對(duì)MHEV車型最為青睞，而P0級(jí)則以68%的市場份額占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢。x3eesmc

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圖3：2019-2027年MHEV市場發(fā)展趨勢預(yù)測(來源：IHS Markit)x3eesmc

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圖4：MHEV P0-P4車型電動(dòng)機(jī)功率和電池容量發(fā)展趨勢(來源：IHS Markit)x3eesmc

對(duì)于不同的技術(shù)路線，尤其是不插電情況下，IHSMarkitAutomotive大中華區(qū)輕型車動(dòng)力系統(tǒng)及合規(guī)分析師方杰以“附加成本”作為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較了主流的12伏到48伏，再到高壓的技術(shù)方案。x3eesmc

所謂的“附加成本”，指的是對(duì)比于純ICE車輛，從12V啟停、48V P0、48V P1、48V P2，再到高壓P2以及高壓雙電機(jī)DHT，分別所增加的物料成本。然后再通過節(jié)油率指標(biāo)來進(jìn)行衡量，節(jié)油率也是對(duì)比于純ICE車輛而言，例如48V P0，預(yù)計(jì)它的附加成本，以2025年為例，可能增加2700元人民幣，其帶來的節(jié)油率是10%左右，從而計(jì)算出性價(jià)比，即每實(shí)現(xiàn)1%的節(jié)油率，成本為270元。采取這樣的對(duì)比思路，參考圖5右側(cè)圖表(橫軸為節(jié)油率，縱軸為對(duì)應(yīng)的附加成本)可以發(fā)現(xiàn)，從發(fā)動(dòng)機(jī)啟停，到較高層次的雙電機(jī)DHT混動(dòng)方案，附加成本與節(jié)油率之間基本呈現(xiàn)近似直線的正比關(guān)系。x3eesmc

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圖5：從12V到高電壓，MHEV車型附加成本與節(jié)油率之間基本呈現(xiàn)近似直線的正比關(guān)系(來源：IHS Markit)x3eesmc

那是否可以完全定義為線性或是正比關(guān)系呢？方杰以圖6所示為例稱，如果橫軸還是節(jié)油率，把縱軸改成性價(jià)比，即附加成本除以節(jié)油率，可以看到，性價(jià)比并不是完全不變的。準(zhǔn)確的說，是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟停到48V P2這一區(qū)間內(nèi)，性價(jià)比越來越低，48V P2之后，其性價(jià)比開始逐漸持平。x3eesmc

換而言之，如果純粹追求性價(jià)比的話，到2025年，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停其實(shí)性價(jià)比最高，但是啟停的節(jié)油率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了2025年單車油耗的目標(biāo)值。那么，綜合考慮性價(jià)比和節(jié)油率，方杰認(rèn)為48V P2及以上的混動(dòng)路線在中長期來看非常值得推薦，但具體采用哪種方案，主要還將取決于OEM的技術(shù)儲(chǔ)備以及國家政策法規(guī)(例如新增的低油耗車型定義)的影響。x3eesmc

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圖6：MHEV車型性價(jià)比并非完全不變x3eesmc

關(guān)于48V系統(tǒng)的5種傳言

盡管前文列舉了不少48V MHEV汽車的優(yōu)勢，但考慮到市場上仍然存在著不少認(rèn)知誤區(qū)。日前，德州儀器(TI)混合動(dòng)力、電動(dòng)汽車和動(dòng)力總成系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Karl-Heinz Steinmetz親自撰文，就五個(gè)最為典型的認(rèn)知誤區(qū)逐一進(jìn)行了回復(fù)。x3eesmc

誤區(qū)一：48伏MHEV市場不可能再擴(kuò)大了x3eesmc

德勤《2020年全球汽車消費(fèi)者研究》(Global Automotive Consumer Study)顯示，印度10%的潛在買家和德國43%的汽車買家不愿意為電動(dòng)汽車支付更多的費(fèi)用。但48伏MHEV恰好可以在解決里程焦慮的同時(shí)不增加太多成本，從而使消費(fèi)者更愿意接近電動(dòng)化未來。x3eesmc

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圖7：不愿意為自動(dòng)駕駛技術(shù)和替代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)再付錢的消費(fèi)者百分比x3eesmc

誤區(qū)二：原始設(shè)備制造商在向電動(dòng)汽車發(fā)展的過程中會(huì)跳過48Vx3eesmc

麥肯錫公司在其題為《REBOST：對(duì)不斷變化的動(dòng)力總成部件市場和供應(yīng)商如何取得成功》的報(bào)告中預(yù)測，到2030年，電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施需要累計(jì)投資500億美元(不包括電網(wǎng)升級(jí))，才能支持插電式混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車當(dāng)前的增長幅度。大多數(shù)OEM廠商都采用48V系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冎恍枰谲囕v結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一步改變，而內(nèi)燃機(jī)車需要昂貴的重新設(shè)計(jì)，才能成為電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車。x3eesmc

誤區(qū)三：48伏系統(tǒng)將使汽車更加昂貴x3eesmc

盡管包括額外電池在內(nèi)的新部件成本較高，但其他方面仍有節(jié)省，包括：x3eesmc

減少近4公里的電纜和線束重量，因?yàn)橄啾?2V，48伏允許更小的線規(guī)。 48V電動(dòng)泵、風(fēng)扇、動(dòng)力轉(zhuǎn)向齒條和壓縮機(jī)的效率更高，從而降低了成本。 與PHEV和BEV相比，48V系統(tǒng)電池容量小，電池成本更低。 在保持性能的同時(shí)，用更小、成本更低的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)替換六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 此外，還可以通過設(shè)計(jì)來管理MHEV的成本——從成本最低的P0架構(gòu)(從附件傳送帶運(yùn)行)到緊密集成的P4架構(gòu)(電動(dòng)機(jī)直接向車軸施加扭矩)。x3eesmc

誤區(qū)四：48伏系統(tǒng)將取代12伏系統(tǒng)x3eesmc

MHEV可能會(huì)繼續(xù)通過DC/DC轉(zhuǎn)換器將傳統(tǒng)的12V電池連接到48V系統(tǒng)上。在當(dāng)前的設(shè)計(jì)中，48V系統(tǒng)將處理來自扭矩輔助的負(fù)載，并有助于減少啟動(dòng)時(shí)間，而12V系統(tǒng)則繼續(xù)控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、處理主動(dòng)安全和信息娛樂功能，從而將重新設(shè)計(jì)和相關(guān)成本降到最低。最終，高端汽車制造商將完全轉(zhuǎn)向48伏系統(tǒng)，但這可能需要10至15年的時(shí)間。x3eesmc

誤區(qū)五：世界現(xiàn)在只需要純電動(dòng)汽車x3eesmc

盡管純電動(dòng)汽車目前可賣給愿意和有能力更換的消費(fèi)者使用，但MHEV提供了一條增加交通電氣化的途徑。這是一條有助于解決成本、里程和環(huán)境問題的途徑，同時(shí)繼續(xù)利用現(xiàn)有的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和客戶期望。x3eesmc

結(jié)語

根據(jù)IHS Markit的預(yù)測，2025年48V輕混系統(tǒng)全球裝車輛將達(dá)到1100萬輛，在混動(dòng)車中占據(jù)超過半壁江山；而在中國市場上，隨著新能源補(bǔ)貼加速退坡，48V輕混系統(tǒng)將更早成為混動(dòng)系統(tǒng)中的主流。x3eesmc

不過，盡管48V輕混系統(tǒng)改裝方便，但由于48V/12V的高壓差以及功率傳輸方式的變化，其對(duì)電源系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是如何在保持與12V系統(tǒng)相似的轉(zhuǎn)換效率、低EMI和小尺寸的前提下，還要完全符合汽車安全完整性等級(jí)ASIL D的系統(tǒng)級(jí)功能安全性，實(shí)現(xiàn)ISO26262所要求的設(shè)計(jì)，并具備出色的惡劣條件耐受性，都是對(duì)工程技術(shù)人員提出的挑戰(zhàn)。x3eesmc