電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李寧遠)不論是電動汽車還是非電動汽車,目前大多使用12V的低壓電池來運行電氣和電子設備,如車載顯示屏、汽車照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)等等。對電動汽車而言,則多了一個高壓電源系統(tǒng),專門用于牽引電機,為駕駛功能提供足夠的動力。
在12V平臺和高壓平臺之間,48V電壓平臺的出現(xiàn)與應用解決了12V電源系統(tǒng)隨著汽車電氣化程度逐漸升級,電力需求愈發(fā)無法滿足的問題。電力需求的上漲使得使用傳統(tǒng)12V電源系統(tǒng)的設備電流強度持續(xù)上升,帶來了更大的損耗,同時增加了車輛的碳排放。
48V平臺的應用很好地解決了此類問題,48V系統(tǒng)在相同功率下工作電流只有12V系統(tǒng)的四分之一,損耗只有原來的十六分之一,還能有助于進一步縮小發(fā)動機體積、降低碳排放。
48V技術發(fā)展背景與產業(yè)鏈分布
蓄電池在汽車中的應用已有百年歷史,一直在汽車供應鏈中扮演著重要角色。1950年左右,內燃機排量開始增加,往高壓縮比的方向開始快速發(fā)展,此時6V蓄電池已經(jīng)無法滿足汽車電子系統(tǒng)的功率要求,電池電壓等級開始往12V升級。
1988年SAE提議將汽車電子系統(tǒng)標準電壓提高至42V,但彼時往42V系統(tǒng)發(fā)展需要更換的電氣元件很多而且風險不小,42V技術并沒有得到廣泛應用。在汽車電氣化程度逐漸深化的發(fā)展里,12V技術終究還是達到了功率輸出極限。2011年,以歐系廠商為代表的大眾、奧迪、寶馬等廠商聯(lián)合推出48V系統(tǒng)并發(fā)布了相關標準。
48V產業(yè)鏈上,下游汽車廠商德系、美系車廠一直是先鋒,國內車企在這一方向上推動得也不慢。在中游電機、動力電池、電力轉換模塊等供應商層面,大陸、博世、德爾福、法雷奧、日立、舍弗勒、海拉、寧德時代等等巨頭也都早早進入48V市場搶占份額。而上游半導體器件涉及的很多,其中最關鍵的是48V DC/DC轉換芯片,是48V系統(tǒng)的核心。
在12V平臺和高壓平臺之間,48V電壓平臺的出現(xiàn)與應用解決了12V電源系統(tǒng)隨著汽車電氣化程度逐漸升級,電力需求愈發(fā)無法滿足的問題。電力需求的上漲使得使用傳統(tǒng)12V電源系統(tǒng)的設備電流強度持續(xù)上升,帶來了更大的損耗,同時增加了車輛的碳排放。
48V平臺的應用很好地解決了此類問題,48V系統(tǒng)在相同功率下工作電流只有12V系統(tǒng)的四分之一,損耗只有原來的十六分之一,還能有助于進一步縮小發(fā)動機體積、降低碳排放。
48V技術發(fā)展背景與產業(yè)鏈分布
蓄電池在汽車中的應用已有百年歷史,一直在汽車供應鏈中扮演著重要角色。1950年左右,內燃機排量開始增加,往高壓縮比的方向開始快速發(fā)展,此時6V蓄電池已經(jīng)無法滿足汽車電子系統(tǒng)的功率要求,電池電壓等級開始往12V升級。
1988年SAE提議將汽車電子系統(tǒng)標準電壓提高至42V,但彼時往42V系統(tǒng)發(fā)展需要更換的電氣元件很多而且風險不小,42V技術并沒有得到廣泛應用。在汽車電氣化程度逐漸深化的發(fā)展里,12V技術終究還是達到了功率輸出極限。2011年,以歐系廠商為代表的大眾、奧迪、寶馬等廠商聯(lián)合推出48V系統(tǒng)并發(fā)布了相關標準。
48V產業(yè)鏈上,下游汽車廠商德系、美系車廠一直是先鋒,國內車企在這一方向上推動得也不慢。在中游電機、動力電池、電力轉換模塊等供應商層面,大陸、博世、德爾福、法雷奧、日立、舍弗勒、海拉、寧德時代等等巨頭也都早早進入48V市場搶占份額。而上游半導體器件涉及的很多,其中最關鍵的是48V DC/DC轉換芯片,是48V系統(tǒng)的核心。
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下游車廠加速推進48V系統(tǒng)上車
下游汽車廠商一直是48V系統(tǒng)發(fā)展過程中最有力的推動者,德系、美系車廠作為先鋒一直在大力推動48V電力系統(tǒng)的應用。奔馳、寶馬、奧迪、保時捷在48V的電氣化嘗試上已經(jīng)做的很深入。
美系的通用、福特等廠商在低壓系統(tǒng)高壓化方向上也走得很遠。國內車企在這一方向上推動得也不慢,比亞迪和吉利是國內推動48V的產業(yè)先鋒,一汽、長安、廣汽、長城等品牌也都在緊密跟進48V。
奔馳的2024款GLE家族不久前正式發(fā)布,全系進行了電氣化的升級,除了插混車型外全系均配備了48V動力系統(tǒng),在動力方面進行了不小的升級。寶馬馬上將要發(fā)布的新款X5M搭載4.4T V8發(fā)動機,也首次將48V輕混加入動力系統(tǒng)。奧迪將于今年發(fā)布的全新一代A4也將全系標配48V系統(tǒng)。
比亞迪的綠混技術很早就推出了,類似48V技術,配合大扭矩的電機,可以在48V低電壓的條件下協(xié)助加速,大大減少燃油消耗。吉利在48V車型的推進上也是不遺余力,博瑞GE、嘉際、領克均有48V系統(tǒng)的應用。一汽、長安、廣汽、長城等國產品牌也都在緊密跟進48V技術。
電機、動力電池供應商提前布局48V搶占市場
中游供應商層面,電機相關的如大陸、博世、德爾福、法雷奧、日立、舍弗勒等國際巨頭都是早早進入48V市場搶占份額。
大陸集團多年以來一直致力于經(jīng)濟環(huán)保的48V電氣化的開發(fā)研究以及相關的商用化,在48V技術的研究上,大陸集團很早就將48V P0系統(tǒng)的所有零部件完成了優(yōu)化,在P2到P4系統(tǒng)上也投入了大量的研發(fā)精力。在性能上可以做到能夠憑借48V的低壓電比肩一般廠商所開發(fā)將近800V的高壓混動系統(tǒng),同時也能夠實現(xiàn)大功率輸出。
在動力總成領域占據(jù)頭部的舍弗勒同樣在十多年前就開始48V技術的布局,舍弗勒的48V P2是第一個在國內投產的48V系統(tǒng),還專門針對發(fā)動機進行了針對性優(yōu)化,在48V市場上占有率很高。
博世的48V BRS系統(tǒng)和48V電池已在全球多家汽車廠商得到廣泛應用,有整套的48V電機和電池方案。博世的48V電池可以給電機供電然后通過回收制動能量給電池反向充電,該系統(tǒng)的應用可有效降低油耗。此前,博世和寧德時代還宣布過共同研發(fā)和制造48V電池。
在電池PACK領域寧德時代很早就切入了48V技術賽道,寧德時代此前就規(guī)劃了三代48V產品,第一代產品主要實現(xiàn)基本的啟停、加速、能量回收功能,第二代產品著重提高節(jié)油減排效率,第三代產品則將提供更多的電氣功能,目前穩(wěn)步推進中。
隨著48V系統(tǒng)裝機量不斷提升,這一市場也會有越來越多廠商入局。
48V系統(tǒng)帶動上游車規(guī)DC/DC芯片需求上漲
和48V技術相關的上游芯片很多,電機主控、驅動、采集等等這些都是48V技術得以應用的重要芯片,但是最核心的最受關注的無疑是48V DC/DC轉換芯片。在48V系統(tǒng)中,DC/DC芯片作為橋梁連接高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng),其轉化效率與整車油耗息息相關。
半導體廠商也基于自身在電源領域的技術優(yōu)勢,陸續(xù)推出可應用于48V電源系統(tǒng)的DC/DC轉換器芯片以提升車輛電力系統(tǒng)的轉換效率。TI、ROHM、ADI、瑞薩、英飛凌等傳統(tǒng)大廠均有相應的應用于48V電源系統(tǒng)車規(guī)級DC/DC產品矩陣,國產電源芯片廠商也紛紛布局車規(guī)級DC/DC。
比如TI的車規(guī)級48V DC/DC轉換芯片,能夠在6V至120V的寬電壓動態(tài)范圍內進行調節(jié)。TI的車規(guī)DC/DC芯片集成度非常高,有些集成了MOS管,有些集成了變壓器,還配置了恒定導通時間控制功能,能滿足要求嚴苛的48V汽車電氣系統(tǒng)設計。
ROHM的DC/DC產品矩陣也非常豐富,針對48V系統(tǒng)有BD9系列DC/DC產品對應,這些芯片采用了ROHM獨有的脈沖控制技術,讓原本存在矛盾關系的高速響應和高效率優(yōu)勢在同一顆芯片上實現(xiàn),有著極高可靠性。
英飛凌針對48V系統(tǒng)有兩套DC/DC解決方案,一個是48V/12V,一個是48V/24V。48V/12V方案里英飛凌可提供一系列種類齊全的高集成度緊湊型系統(tǒng)解決方案,集成收發(fā)器SBC電源 IC、MCU、柵極驅動器和大功率 MOSFET,目前有用于大峰值功率為3 kW的48V/12V DC/DC 轉換器。而布局48V/24V DC/DC主要是為了應對未來48 V系統(tǒng)需要實現(xiàn)高度自動化的驅動功能,當前這種配置使用的還比較少。
國內現(xiàn)在有不少企業(yè)在做DC/DC芯片,從DC/DC應用方向上來看,國內DC-DC半導體企業(yè)在車規(guī)級DC/DC芯片布局上還處于早期,如希荻微、南芯、杰華特、芯洲等等。48V車規(guī)級寬電壓范圍DC/DC目前國內還很少,都處于起步階段,目前還無法與國際模擬巨頭相提并論,只是在一些非48V系統(tǒng)的特定領域實現(xiàn)了替換,未來的發(fā)展空間還很大。
小結
隨著汽車48V技術的進一步發(fā)展并加速上車,48V系統(tǒng)市場規(guī)模將在未來幾年大幅擴大,根據(jù)IHS預測,到2025年48V系統(tǒng)在汽車中的占比將超過一半。48V電壓系統(tǒng)逐漸替代12V的過程一度被認為需要很久,但現(xiàn)在這一過程已經(jīng)明顯開始加速。
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