電池研究院：為何汽車需要48V電壓系統？

　　1、車上有不同的電壓系統，12V電瓶最常見，48V正在引入，200V以上是可以驅動車輪的高壓系統。

　　2、48V混動也算混動，別拿村長不當干部，這玩意又省油又便宜，從全車生命周期算下來很值得。

　　3、48V系統長下面這個樣：

　　4、豪華品牌最愛48V，因為12V不夠電用…… 德系、美系是先鋒，中國品牌在追趕，日系比較佛系。

　　5、12V電瓶還是要花錢買。

　　早期的內燃機汽車產品并沒有電氣系統，啟動用搖柄解決（就是現在的手扶拖拉機“鑰匙”），喇叭用鈴鐺解決，大燈則由內燃機直接供電。

　　1918年，AMC的前身，也即是哈德遜汽車公司（Hudson Motor Car Company），將6V電壓帶進量產車裝配序列，并逐步催生了車載電燈和車載啟動機的裝配。

哈德遜Phaeton’ 1917

　　經過了30多年的發展，6V電壓系統被打敗了，從筆者的歷史觀來看，征服它的是美國人。

　　美國贏得二戰，積累了巨額的社會財富，美國豪華車成為整個20世紀50年代最頂尖的民用工業產品，動輒6-8L排量的美式大V8發動機讓6V電壓系統腰腿酸痛。當然，世上沒有6V電壓系統干不了的活兒。如果有，那就串聯兩個6V。這就是我們當今還在用的12V鉛酸電池之由來。 

　　2010年發布的保時捷911 GT3 RS可以選裝鋰離子電池，官方稱可以減輕10kg重量。不過這項配置也并未持續下去，因為鋰離子電池并不太適合擔當鉛酸電池的低電壓低自放電角色。

　　有些重型車輛會使用兩套串聯的24V電壓系統給電氣系統供電，或者串聯成24V之后再并聯成更大能量的組合。

　　1988年，美國豪華品牌們頂不住車內用電器激增之后的電量匱乏問題，比如凱迪拉克就是在那個時候全球首次安裝衛星導航系統的，美國汽車工程師學會（SAE，Society ofAutomotive Engineers）最終倡議將乘用車的標準電氣電壓提到42V，不過最終沒能推動下去。

　　豪華品牌們苦低壓系統久已。你看常見的發動機自啟停系統，即便用上AGM電瓶（Absorbent Glass Mat Battery）也已達7kW左右的功率極限，電路的魯棒性跟印度電網差不多……

　　一直到2011年，德國豪華品牌們也扛不住弱雞的12V電壓系統了，開始組團提倡使用48V電壓系統，并推出了一個新的行業標準LV148。

　　48V電壓系統有了4倍電壓，電池包的能量進一步提升，可以經受更長時間的內燃機停機，還能通過BSG/ISG電機進行能量回收，協助車企們應付歐盟2020年的95g/km排放法規壓力。

　　低于60V的，我們都叫低壓系統，不會對人體造成過大的傷害。

　　到了200V甚至更高，這些高壓電池可以單獨驅動車輪，因此我們稱之為“動力電池”。

　　比較著名的千萬輛級HEV非插電式混合動力技術豐田THS，用的就是大約200V的高壓電池包，不自燃、能量密度低、比較重、循環壽命超長的鎳氫配方。

　　大約250V的動力電池來自豐田引以為豪的Mirai氫燃料電池車，用來儲存氫燃料電池系統生產出來但還沒來得及用完的電，以及能量回收系統剛剛收回來的殘余電能。

　　從300V往上都是可插電的動力電池產品，目前電壓最高的乘用車電池產品是保時捷的800V系統，是當前主流400V（附近）系統的兩倍電壓。這組電壓范圍為610-835V的電壓系統源自保時捷919 Hybrid混動賽車，想知道919傳奇故事的請點開下圖，筆者寫了好久的一篇長文，感慨壞了：

　　800V電壓系統可以更高速地“獲得電能”與“釋放電能”，原理跟“文章臨近Deadline時工作壓力大增所以寫得特別快”差不多。

　　通過增加電壓，電纜損耗降低，電纜負載可以增加，這條定律也可以用來解釋12V到48V的進化之路。

　　這么小的電池和電機，怎么可以算是混動呢？

　　這是筆者一直在思考的問題，但最近兩年終于理清思路了——我只要把所有混動系統（Hybrid Vehicle Drivetrain）看作內燃機（ICE，Internal Combustion Engine）的節能技術，就能把當前絕大多數的“油-電”混合技術融入同一個知識體系內。

　　換句人話：48V輕混，就是混動車之一。

　　加深理解一下：

　　Micro Hybrid 微混 = 自啟停系統 = 能讓ICE歇10秒的12V混動系統

　　Mild Hybrid 輕混 = MHEV = 48V BSG/ISG電機 = 能讓ICE歇3分鐘的48V混動系統

　　Medium Hybrid 中混（不在表格內） = 我同事自己定義的 = Creep 電驅蠕行 = 能讓ICE歇100米的高壓中混 = 斯巴魯13PS/0.27kWh混動

　　Full Hybrid 強混 = 雙擎那種HEV = 能讓ICE歇3公里的高壓強混

　　Plug-in Hybrid 插混 = 唐DM那種PHEV = 能讓ICE歇50公里以上的、可充電的高壓強混

典型的PHEV高壓電池結構

　　聽筆者念完上面這幾串，大家應該基本理解目前最主要的四種混動形式了。其中微混是每臺自啟停汽柴油車都有的，輕混是現在市場熱推的48V車型，強混是雙擎那種超省油但不插電的混動車（雞肋到炸的動力居然叫“強”混），插混就是能補電、能享受國家補貼的。

　　先不聊學術的事，我就問大家一個問題：有什么商品是人見人愛、車見車載的？

　　好東西 = 便宜 + 好用

　　害，就是這么簡單。因為48V系統是最高壓的低壓系統（混動節能效率最高），又不需要高壓系統（HEV/PHEV/REEV/FCV/BEV）的繁瑣電控/絕緣/熱管理，這分明就是雞頭鳳尾中的優質雞頭，

　　再聊深度一點，就有以下這么多點：

　　《中華人民共和國節約能源法》《中國制造2025》《汽車產業中長期發展規劃》一直在強力推動車企進行ICE系統的節能化改造，唯一可能的方向就是部分電氣化（從微混到插混）。

　　大家是不是習慣了一上車就關掉發動機自啟停系統（Micro Hybrid）？因為這默認開啟的討厭玩意根本省不了幾秒的油，振動還賊大，大夏天的沒經同意就給你停了空調壓縮機，完全就是車企為了應付油耗測試弄出來的。如果要評選“實際上最垃圾的汽車配置”，自啟停系統認第二，沒技術能認第一。

　　我國乘用車新車的2025 年目標有多苛刻呢？下降至 4 .0L/100km，對應二氧化碳排放約為 95 g/km。

　　單憑48V輕混動肯定打不到，但2025還遠著呢，作為過渡的低耗減排技術，絕對是當前最明智之選。

　　可變截面渦輪很好，我知道。

　　可變壓縮比很好，我也知道。

　　HEV強混系統更好，我更知道。

　　多少錢給裝一個啊？這個問題太刻薄了，無法回答。如果我們僅僅需要優化5%左右的駕駛循環油耗，那么48V電壓系統下的BSG/ISG才是最高性價比的選擇。當然，理論上可以優化12%左右，只是當前實測數據并不支持這個假設（我是不是太客觀太老實了）。

　　一套48V系統，成本僅需大約600元人民幣就能完成大約1%的油耗優化，穩賺的生意誰不做？

　　48V電壓系統廣泛推行的另一個重要原因是產業跟上了，BSG與ISG電機越來越便宜，電池技術也得到了一定突破。

　　鋰離子電池在PHEV和BEV的井噴式發展大潮中得到了技術革新，現在用在48V系統中的1.5kWh低壓電池包在外尺寸、整備質量、充放電速度、成本控制、安全性上都有了很大的改進。

　　上帝的歸上帝，凱撒的歸凱撒。

　　低功率負載歸12V系統，高功率負載歸48V系統，12V扛不住的負載就別硬上，勉強沒幸福。

　　以下負載，交給48V電壓系統之后大有前途：

　　a、BSG/ISG電機：更大功率的啟停一體式電機，還能進行動能回收，ISG甚至可以給到扭矩輔助（雖然很少）。

　　b、電子增壓器：增壓器電氣化之后，渦輪遲滯就沒有了，什么轉速下都能給讓渦輪有正壓，動力輸出的突兀自然少了很多。

　　c、空調壓縮機與PTC加熱電器：食量變態的耗電角色，功率分別都在4kW左右，掛到1.5kWh鋰電池上之后，就不用煩惱每次自啟停就停止制冷（12V電壓系統根本扛不住）。

　　d、空氣懸架：空氣懸架（彈簧）里頭有空氣壓縮機，用上更大功率的48V系統之后可以確保空氣懸架反應更快。

　　e、轉向助力系統：果斷投向48V。

　　f、后輪轉向技術：后輪電機給到48V系統服務，響應速度也更快。

　　g、泵：油泵水泵各種泵，交給大功率的48V系統吧。

　　h、智能車機系統：下圖自己感受，L2+的200TOPS算力要耗掉45W（筆記本充電功率），L5的2000TOPS就是800W，請問12V系統一共才多少kW？

　　低功率負載還是可以交給12V電壓系統的，比如照明系統（LED化之后很節能）、信號系統、蜂鳴器、儀表盤、電窗門鎖以及發動機噴油點火系統等等。

　　用戶買車就是圖個性價比，48V輕混動車子沒升價/只升一點點錢，可以換來挺多的：

　　a、自啟停系統的平順性大幅度增加。

　　b、能量回收過程中的心理愉悅。（因此車企喜歡把能量流顯示在儀表盤/中控屏上）

　　c、能量回收反拖可以省剎車片，且因反拖力度不大，不會惡心到駕乘人員。

　　d、真的能省0.3-0.8L/100km的油，省錢了就是好事。

　　e、車輛可以配置更多大功率負載，豪華、智能得以實現。

　　f、有些BSG電機可以在換擋期間調整ICE的轉速以消除自研自產自銷的垃圾雙離合變速箱之頓挫，具體是哪個聰明品牌我就不點名了。

　　除了以上6個小點的用戶得益，開節能汽車如今也成為了一種政治正確，車企當然也想通過相關的宣傳來展現用戶群體“擁有精英人群的社會責任感”。

　　進入本文最重要環節，但這節的內容非常復雜，單劈一篇萬字長文是沒問題的，但讀者們應該會直接關掉網頁……

　　所以筆者今天就只用2張圖把事情簡單說一下。

　　先做一張圖展示48V與12V雙系統是怎樣聯合工作的：

　　配合上圖解釋如何節能：

　　1、能量互通：兩套電壓系統是互通的，理論上都可以通過DC-DC互相升降壓充放電供給對應電壓的負載，因此總系統不易虧電，不用經常啟動內燃機。

　　2、滑行儲能：48V系統加入之后，車輛更容易實現滑行儲能模式，也就是視覺傳感器、位置傳感器、衛星信號判斷你要進入“滑行至停止”這個工作，提前30秒左右停掉內燃機并讓BSG/ISG反轉發電。

　　3、反轉儲能：BSG/ISG作發電機用，能量來源可能是剛剛提到的滑行，可能是內燃機經濟轉速下的剩余動能，也有可能來自專門的發電模式。比亞迪DM3系統就有發電模式，讓汽油機固定在1500rpm 用BSG進行8kW發電，實際上不好用。

　　4、能量大增：內燃機運轉時可以電系統充電，12V鉛酸電池與48V鋰電池的總能量一般在2kWh左右，足夠紅燈前吹好一陣子空調冷風了，不用經常啟動內燃機。

　　5、扭矩輔助：ISG電機可以提供50N·m左右的驅動扭矩（但不能單獨驅動車輪），幫內燃機降負荷，一定程度上降低了油耗。

　　接下來筆者上一張多年前P的老圖，這里基本說清了電機位置和作用，其中48V系統可以供給P0（BSG）、P1（ISG）、P2、P0+P3四種電機布局使用。

　　目前市面上見到的48V電壓系統之電機，基本都是取代原發電機位置的BSG電機，因其成本最低、結構最簡單，多數12V車型隨便一改就能成為12V+48V的BSG輕混車型。

　　德系是后來者，反而居上了。究其原因，便是因為德系豪華品牌太多了，高功率負載多，老早就受不了12V電壓系統了。

　　奔馳從W221那一代奔馳S級（2006-2013）就開始做48V系統的嘗試，寶馬則在ActiveHybrid 7（2010-2012混動7系）上進行了試驗。最終第一個跑出來的不是奔馳寶馬，而是2017年發布的第四代奧迪A8（D5）。筆者印象深刻，是因為那篇首發技術解析稿是熬夜寫的。

　　不過A8的48V系統用了更簡單、更便宜、無法進行扭矩輔助的BSG電機，雖然沒對動力有幫助，但油耗有了0.7L/100km的下降。同樣的系統很快就用到了奧迪A6（2018）、A7（2018）、Q7（2020）、Q8（2020）、A4（2020）、Q5（2021）之上。

　　奔馳肯定不會落伍，EQ Boost 48V立刻奉上。請注意，這是一臺更高階的ISG電機，不僅幫助省油，還能進行扭矩輔助（因為在發動機飛輪輸出端）。這些ISG很快就裝備到了C級（2018）、CLS級（2018）、S級（2018）、AMG GT53（2018）等車型上。

　　那個，AMG車主現在也考慮省油嗎？

　　至于寶馬，其實上一年5系就在海外鋪開了48V，但華晨寶馬還沒有跟進。第八代大眾高爾夫也有48V，第四代EA888天生就跟48V匹配，預計以后德系是鋪48V最積極的一個陣營。

　　保時捷呢，當初不是48V的主要發起人嗎？是的，保時捷很需要48V電壓系統來伺服主動防傾桿。空氣懸架等高功率負載。

　　此外，保時捷911也在做更加深入的電氣化嘗試，先是自啟停微混，然后是48V輕混，以后還會有插混甚至純電。

　　通用集團是低壓系統高壓化（12V一次，42V又一次）的先行者，旗下幾個品牌都玩過48V輕混，比如土星在2007年開始做輕混，不過最終還是全面轉向48V。

　　跟德系品牌一樣，最先量產48V輕混系統的電力需求最大的豪華品牌。新出的2021款凱迪拉克XT5和XT6全系都鋪了48V輕混，ISG電機功率10kW，可以給50N·m的扭矩輔助。因為是ISG，所以不需要改原來的發動機和變速箱，在年款車型上都能直接裝備。

　　凱迪拉克給出的綜合工況節油成績是“節省5-6%”，足夠老實，因為很多三四線車企就喜歡給你標一個10%左右。

　　實際上，這個比例的確比較可以了。我之前用的LTG引擎沒可變缸技術，變速箱也是老款的8L45，超速擋位減速比不夠大，所以高速油耗還不夠極致。后來換LSY+9AT之后，一百公里可以省2.5-3.0個油，主要功勞是可變缸技術和更加省油的9號超速檔。現在凱迪拉克推出“2.0T可變缸渦輪增壓+9AT+48V”組合，還能再優化5-6%，ICE的停機時間可以更長。

　　美系另一大陣營是福特集團，不過可能因為上一年長安福特混得不夠好，所以沒有及時引入48V系統。中國消費者對“三缸”這個詞太介意了，實際上福特的EcoBoost三缸機非常高效率，配上48V電機之后還能省更多油，海外版的福克斯和嘉年華早就用上了。

　　大家有沒發現我沒提林肯……哎，一個以NVH取勝的豪華品牌，怎么現在還沒48V電壓系統引入中國呢？

　　就如前文提到的那樣，美系品牌是高壓化先驅，像凱迪拉克/林肯這種開始逐步鋪智能車機、自動駕駛、主動懸架的品牌，現在正是時候全面搭載48V，一方面解決電力窘況，一方面提升平順性和靜謐性，一方面的確也能省點油。

　　比亞迪在2013年推出了自家的48V弱混技術，他們叫“綠混系統”（希望基金讀者不要介意），不過這款弱混系統并不怎么出名。真正賣斷貨的是第二代唐DM，很多訂金用戶（不是沒交錢的意向用戶哈）最近等不到車放棄，這種熱銷場面對于比亞迪而言是第一次。

　　雖然唐DM用的是不能進行扭矩輔助的BSG電機，但還有P3和P4兩臺大功率驅動電機，所以動力輸出強勢得可怕。

　　吉利也是推動48V的產業巨頭，他們主打的是接地氣的BSG電機，不過官方說能省15%（！！！）。筆者看到有媒體軟文吹“吉利能省15%，奔馳奧迪遠不如”就覺得特別惡心。

　　此外，一汽、長安、廣汽、長城等品牌也都在跟進48V，而起步比較早卻被反超的是江淮，我們2017廣州車展就解讀過他們家的48V輕混系統。

　　為什么單獨說說江淮呢，因為他們這套HyBoost輕混系統用的是磷酸鐵鋰配方的48V電池，能量只有區區0.38kWh…… 我一直很想試試裝機之后會有哪種級別的節能效果。

　　日系品牌，筆者簡要講三句。

　　第一句：豐田本田擁有強勢的HEV強混技術，對48V興趣不大。

　　第二句：馬自達和斯巴魯這兩家只用工程師腦袋想東西的廠家從2019開始逐漸嘗試48V系統。

　　第三句：鈴木發力最早但其中國市場失敗了，剛發布的日產逍客有48V但不知道是否引進。

　　48V市場興起，將產生巨大的利潤市場。因為電池、電控、電機都可以外包，所以……基本上買回來裝機調試一下就能用了。

　　大陸集團專注做BSG電機，另一個巨頭博世也在不斷研發新的BSG，寧德時代給它提供48V電池包。

　　此外還有德爾福、法雷奧、日立、舍弗勒等等零部件巨頭也參與了這塊蛋糕的搶奪，不知道為什么電裝沒聲沒氣。

　　從6V到12V再到48V，汽車電壓系統見證的是汽車產品逐漸邁向電氣化與智能化的歷史。在21世紀的汽車產品中，為安全性能、舒適功能、智能化配置、電氣化底盤、自動駕駛運算服務的高功率負載越來越多，儲能裝置能量不足的問題越發明顯，提升電壓與電流可更好地滿足負載的需求。

　　48V電壓系統的推廣并不算遲，因為鋰離子電池在上世紀90年代初才正式鋪開，經歷了30年的制造、使用、迭代之后，才終于達到今天車規級48V電壓系統的要求。否則，我們得用4組12V鉛酸電池進行串聯，這就相當于一臺手動變速箱的重量了。

　　48V需要執行的另一項重任是降低排放與降低油耗。按照目前動力電池技術的成本和性能估算，內燃機會在接下來20年內繼續成為乘用車動力的“大半壁江山 – 半壁江山 – 小半壁江山”，48V系統作為性價比最高的混動機構，必然是最受寵的。

　　12V自啟停系統也能節油，為何48V才是王道呢？

　　因為12V電壓系統對應的自啟停振動太可怕了，我上車第一件事肯定是關掉自啟停，不能為了省幾滴油損失整個旅程的平順性。

　　我們都會說一個網絡詞匯“力大磚飛”，實際上48V自啟停的確可以用大力出奇跡，48V可以搭載10-15kW大功率BSG/ISG電機，平順性上去了，消費者才肯用自啟停系統。

　　48V自啟停的速度更快，比如通用48V自啟停的速度就比12V自啟停快了0.2秒，動力銜接更好，整車平順性更高。

　　在滑行的時候，48V還能進行動能回收，而且發動機斷油時間大大增加了。

　　在起步的時候，因為ISG電機可以給到輔助扭矩（奔馳、寶馬、凱迪拉克、雪佛蘭等），所以起步可以更輕盈更平順。

　　在換擋的時候，有個我不愿意點名但的確賣得很好的國產品牌，用BSG電機避開了雙離合換擋時此前一直無法根治的頓挫。

　　在凡爾賽的時候，比如你的車子有48V電子渦輪，恭喜啊，渦輪遲滯沒有啦。

　　答：暫未。12V產業鏈標準化之后，這項技術就一直用到現在，包括特斯拉Model S、保時捷Taycan、蔚來ES6在內的幾乎所有電動汽車都在使用它來供電。當然，并非驅動車輪。

　　不過，48V電壓系統的確會逐漸替代12V電壓系統，這個過程是以十年計的。

　　那個……凡是電池都有自燃的風險，凡是汽油車都有自燃的風險，凡是炸雞都有炸得不好吃的風險。

　　低壓系統基本可以保證不自燃，畢竟我也沒怎么聽說過有小朋友玩四驅車把屋子燒了的。高壓系統的自燃風險高很多，畢竟工作壓力大一個量級，風險就幾何倍數飆升了。

　　因為BSG是搭配自動啟停使用的，若你一上車就把啟停關了，自然就沒有多少節能作用了。之前我們關自啟停是因為12V電壓系統給到自啟停系統的功率只有4kW左右，功率不夠自然就抖啊。

　　現在BSG和ISG電機動輒10-15kW，力大磚飛，不抖了。

　　新款奧迪A4有12V輕混系統，12V鉛酸電池+12V鋰離子電池（0.12kWh），BSG電機的功率從48V系統的8kW縮水到12V系統的5kW，每100km理論節省0.3L汽油。

　　把它當成一個動能回收裝置，省出來的能量給車載用電器用，差不多就這個意思。

（文：太平洋汽車網 黃恒樂）