48V混合动力系统介绍-2

在全球电动车开发竞争中，丰田、本田等日本汽车厂商在开发和量产方面走在前列，但是2014年以来，欧美韩汽车厂商也开始加强投放新型环保车，使竞争进入全新阶段。

日本汽车厂商以丰田为首采用双电机串联/并联式混合动力系统，以本田为首采用单电机并联式混合动力系统，以此掌握着低油耗竞争的主导权。但是，销售增长仅限于日本国内市场和部分发达国家。与此相对，欧洲和韩国的汽车厂商则在集中采用单电机并联式混合动力系统以及单电机并联式插电式混合动力系统的同时，也采用通过逆变器将电池电压转换为驱动用交流电并控制驱动电机的系统。此外，还力求通过逆变器核心零部件IGBT及由其构成的电动模块的标准化、加强超越厂商的通用标准化深度，缩小与日本汽车厂商在电动车、电动化零部件方面的成本差距。除此之外，欧洲厂商旨在48V系统的全球普及方面获得主导权，并力争扩大在美国市场的应用，由此可见，欧洲厂商将在日本厂商已经走在前列的电动车开发竞争中，通过集中和标准化战略开展降本和技术开发竞争。

【世界分地区电动化系统、电动车技术采用动向】

各地区不同的电动车普及方案

汽车产业所追求的CO?排放限制、降低燃耗等一直以来多是通过法规、罚款及增税等直接方式来进行，但是，近年来采用以低油耗车为对象的税制优惠和补贴等间接方式来引导的情况也在增多。其中，欧洲和美国多采用法规和惩罚制度，日本和亚洲诸国则多以补贴和税制优惠的方式来改善油耗。

从电动车的普及方案来看，因地球温室效应产生的气候变化问题、自然灾害加剧而力求加快普及CO?排放少的纯电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)。

但是，EV的电池价格始终无法降低，与同级别传统内燃机车型的价格差距在8万～10万元，仍然较大。无论是2010年投放市场的日产Leaf或是雪佛兰的Volt，截至2013年底尽管已经实现5,000美元左右的成本削减效果，但是与传统车辆的价格差距仍在5万～8万元水平。即使可以通过进一步技术改良来缩小与传统内燃机的价格差距，但是续航里程仍停留在200km水平，而实际的续航里程仅在100km左右，因此，EV等要达到传统内燃机车的销售水平仍需要进一步削减成本和提高性能。针对这些问题，丰田、本田等日本汽车厂商在加强HEV产品投放的同时，在成本削减方面也获得划时代的成功。在2012年投放市场的Aqua级别将价格差距缩小到1.3万元以内、在2013年投放的Fit混合动力级别缩小到1万元以内。丰田Aqua的价格为9万元，本田Fit混合动力的价格为8.6万日元，消费者可以实实在在感受到减税优惠和燃料使用量减少的效果，除了成为可媲美传统车辆或者更具魅力的产品之外，还成为在日本国内销售状况与轻自动车比肩的热销商品。

48V方案不断浮出水面

以欧洲为主48V系统有望推广

与日本市场HEV占比较高不同，欧洲市场HEV仍未取得像日本那样的销售份额。在美国，尽管有一段时间在售的日本产HEV的产品数量甚至多于日本国内，但也未能获得像日本那样高的销售份额。

在欧洲，装备油耗削减效果明显的高压共轨柴油发动机以及小型化汽油直喷发动机的车辆数量率先发展起来。HEV无法获得像日本市场那样高的份额的另一个原因还在于欧洲开发的HEV的价格相对较高。从当前来看，欧洲产HEV与传统内燃机车型的价格差距在3万～5万元，仍处于较高水平，但是燃油经济性却不如价格差那样大，因此，消费者还很难找出特意花高价去购买HEV的意义。

在这种情况下出现了48V系统。也就是说，48V 系统可以通过低成本获得较高的燃油经济性。48V系统的原理是：用48V进行传统的交流发电机发电，在提高刹车和惯性行驶过程中的发电能力的同时，有时也可以作为起动机和驱动交流发电机皮带轮的电动发电机使用。不仅如此，还能通过48V驱动电力消耗较大的空调电机、EPS(电动助力转向系统)电机、电动辅助电机来确保较大的功率，因此，即便启停系统的高度化导致发动机停止工作的频度上升，但仍能高效、舒适地实现车辆控制。

关于发电电压的高压化，在1990年代中期至末期，曾以欧洲汽车厂商为主展开研究。当时的目的在于提供车载电气零部件、电控零部件所需的电力供需，通过将全部电气零部件由14V(12V)更换为42V来对应。但是，由于42V化导致成本增加，而作为最终用户的消费者无法接受，因此，该方案在2000年代初期销声匿迹。

关于48V系统的导入，是2011年德国主要汽车及零部件厂商以降低油耗为目的，仅限在节油效果明显的领域推进高压化，作为未来实现应用的准备方案。但是，究根结底，其导入的原因仍是真正的HEV系统价格较高，而在其与12V自动启停系统之间仍有价格空间。

【日本48V系统的可能性】

注：红字表示针对内燃机车的成本差价。(FOURIN制作)

日本应用48V系统的空间狭小

与此相对，日本在HEV逐步普及的背景下，通过技术开发的进步和量产效应双方面的效果，缩小了HEV 与传统车型的价格差距。此外，通过再生发电能力的提升及发动机停止时间的延长等高度化的实现，12V 自动启停系统与Aqua、Fit等小型混合动力系统之间的价格差距也在变小，因此，48V自动启停系统和弱混系统的生存空间很小。如果无法用3,000～5,000元解决配套，其将毫无生存空间可言，预计48V的上限价格将随着成本的降低变得更低。如果采用小型混合动力系统，那么需要大电力的电机驱动可以通过在HEV 系统中使用高电压产品来对应。此外，即便是12V系统，也能通过自动启停系统的高度控制，提高刹车和惯性行驶时的再生发电能力，因此，采用48V系统的意义不大。实际上，在小型车级别，已经可以通过12V 自动启停系统降低可观的油耗，因此，主流观点是48V 系统仅限于装配在欧洲的中大型高级车以及北美的大型乘用车、皮卡、SUV/CUV等级别车型上。

欧洲旨在通过标准化普及HEV/EV

综上来看，48V系统是否将成为仅限于欧美等地区和车种的特殊系统将成为另外需要思考的问题。这是由于HEV的销售规模能达到现有内燃机车同样甚至更大规模的市场仅限于日本。从日本的技术和成本水平来考虑，48V系统能够生存的空间非常狭小，但是从世界市场来看，HEV在很多地区的价格仍居高不下。同时，能与丰田、本田等日本汽车厂商的性能和价格进行对抗的汽车和零部件厂商在欧洲还为数不多。相反，若使用48V发电系统的弱混系统得到普及，在带动标准化的同时，降本课题也会取得长足的进步。市场整体的趋势甚至会发生变化。因此，日本厂商当前在关注以欧洲为中心全球的48V系统应用动向的同时，也亟需加强不落后于全球动向的开发。

与48V系统主要以德国主流汽车和零部件厂商开展应用的情况如出一辙，HEV/EV系统的应用也在如火如荼地推进。从这些动向来看，主要体现在将HEV/EV 的驱动电机控制系统所需电压控制在300V左右，并力

【欧洲48V系统的可能性】

(FOURIN制作)

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求实现电控系统的统一化、标准化。

2013年下半年以来，德国汽车厂商正在加快投放多样化EV 和PHEV 的步伐，例如大众投放了e-up!，宝马投放了i3等。尽管目前尚未推出可与Prius 和Fit 混合动力拥有同等价格竞争力的电动车，但是在很多场合中，已经可以看出这样的意图，即将电机驱动和电机控制用电压限制在250～400V 使用，将控制单电机驱动的电控单元控制在一定范围内，从而推进行业整体的标准化和削减成本。 但是，这也导致欧洲汽车厂商对双电机形式的串联/并联式混合动力系统的采用避而远之，放弃了采用通过将Prius 和Accord 所采用的电池通过升压而实现的使装备电池最小化的同时提升燃耗性能的系统。 如果是单电机，交流同步电机控制所需的IGBT 等开关件至少需要6+2=8个；但是，如果是双电机，IGBT 开关件至少需要6+6+2=14个，仅这一点就将增加成本，因此，厂商力求在设计阶段就尽可能地通过减少IGBT 使用数量等手段削减成本。另外值得关注的是，也可通过放弃使用升压电路，实现控制单元的小型化以及削减控制单元整体的成本。

基于以上观点，总结全球的HEV/EV 投放计划来看，在HEV/PHEV/EV 领域不断增加的新产品投放主要集中在以下3大电压区间：一是使用50?200V 的小型电机的小型通勤领域和单电机并联式混合动力领域；二是200V ?400V 区间的单电机并联式混合动力及单电机并联式插电式混合动力领域；三是400V ?700V 区间的双电机混合动力系统及双电机插电式混合动力系统、高级EV 领域。 12V 自动启停系统标准化 12V 自动启停系统正在与内燃机油耗改善策略相结合，寻求标准化。12V 自动启停系统也被分为两类，一类是交流发电机和起动机分离的传统类型，一类是起动机与交流发电机实现一体化的类型(起动发电机、电动发电机)。作为应对重新启动时电压下降的方法，可以通过加强版蓄电池、DCDC 转换器、辅助蓄电池、电容以及上述各种的组合，提高自动启停的性能。 此外，实现交流发电机控制的高度精密化，再配注：自动启停系统包括制动能量回馈系统。

【世界 12V 自动启停、48V 自动启停系统装配车型的销售预测】 (万辆) (FOURIN 制作)

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200250300～100V 100V ～200V ～300V ～400V ～500V ～600V ～700V ～

合发动机启动和制动、惯性行驶、爬坡、下坡等时候的行驶状况，通过采用停止发电和积极发电等高度精密化的控制方式，提高发电能力和发电效率，将传统

内燃机车行驶中浪费的能量转换为电能并储存，以此改善整体的油耗。 发动机与电力驱动共存过程中亟待解决的电动零部件 不过，这些自动启停系统都是与其他全球都在推动的技术共同使用的情况下扩大的，包括小型直喷汽油发动机和涡轮增压汽油发动机、高压共轨柴油发动机和涡轮增压柴油发动机、可变气门正时技术、可变气门升程技术、休缸技术等。因此，在发动机频繁停止和启动的同时，需要用电力来补充依靠发动机驱动和发动机吸气能力的相关零部件的起动力和驱动力，并进行高效的发动机控制。 此外，今后全球统一的燃耗标准和确定各车型油耗时所需的行驶工况也将要求接近传统车辆的行驶状态的驾驶。因此，在自动启停系统的标准采用的同时，

以频繁停止的发动机驱动为前提，除了需要从传统内燃机车开始就需要消耗大量电力的空调用电动压缩机、电动助力转向电机等之外，还需要应用到电动油

泵、电动水泵、电动制动助力器、电动涡轮增压等多样化电动系统等。这也成为旨在推进48V 系统应用的厂商们的论据。尽管如此，无论发电电压是12V 还是48V ，或者使用高压系统的HEV/PHEV ，只要EV 没有实现划时代的廉价，发动机和电力驱动共同的时代将无法避免地继续下去。因此，在今后，自动启停系统和HEV 所需的零部件需求以及在这些领域的成本削减压力将越来越高。 关于这些全新的电动零部件领域，不仅现有的汽车电子电气零部件、电控零部件厂商要参与进来，电机、电源控制、电池等零部件和材料供应商预计也将参与进来。未来，吸收获得不同发展的业内优秀新技术和市场文化、应对直面的技术及成本课题将是汽车产业的诉求。 (FOURIN 制作)

【世界 分系统电压HEV/PHEV/EV 世界销量预测】 (万辆)