48V直流已成新能源汽车电机设计的主流

混合动力汽车（HEV）和全电动汽车（EV）预计未来几年快速增长，新能源汽车的设计制造非常引人注目。汽车行业中出现了一种不太明显但重要的趋势：在电动汽车和混合动力汽车市场份额不断增长的情况下，动力总成中增加了48V直流（DC）总线，48V不仅适用于电动汽车和混合动力汽车，也适用用于普通的内燃机汽车。

在大多数仅12V的车辆中，电池为启动器供电，而交流发电机充当其充电器。在12V / 48V设计中，电池可提供高达10kW的功率，由集成的起动发电机（ISG）或皮带起动发电机代替启动发电机和单独的交流发电机，48V锂离子（Li-ion）代替电池和双向DC / DC转换器。与内燃机并行工作来组成所谓的轻度混合动力，它可以提供完全混合动力的三分之二的好处，成本却只有三分之一，而经济却可以将其提高15％至20％。

48V系统的独特之处是什么？

通常在功率情况下，答案会返回欧姆定律和与电压降（V = IR），功率（P = IV）和功率损耗（P = I2R）有关的基本物理学。传递功率需要电流和电压的乘积，电压降（损耗）会随电流线性增加，而损耗的平方也会增加。简而言之：在给定电压下提供更多功率会消耗更多电流，而更多电流会导致更高的电压降和无法恢复的功率损耗。

采用12V电池和汽车部件已有100多年历史的标准，对于汽车而言，考虑到尺寸，能量容量（安培/小时），成本，寿命，安全性以及其他因素，仍旧采用可充电铅酸电池提供的12.6V（标称）电压是一个很好的折中方案，在可预见的将来，12V可能会与较新的48V系统共存。

48V系统的优势

经过大量分析，业界决定使用48V作为“其他”更高电压，与传统的12V电池的铅酸化学物质不同，48V电池基于锂，可实现更高的重量和体积能量密度。12V / 48V轻度混合动力在某些方面与其他方案相比，它提供了许多直接的优势以及有利的成本，收益和回报率。

遵循建议的汽车标准LV148的指导原则，使用48V电池作为12V铅酸电池（其额定功率为3kW）的补充， 12V电池和48V电池将与它们的配电电缆一起使用，当特定电池最适合需要时，每个电池将为负载供电。例如12V总线为点火，照明和信息娱乐系统供电，而48V总线将负责底盘控制系统，空调，主动/可调节悬架，存储再生制动能量以及驱动电动增压器和涡轮增压器。

在大多数地区，高于60V的直流电压被认为可能不安全，需要采取特殊的接线预防措施，安全联锁装置以及使用物理屏蔽导管。48V系统实际上可能会升至60V以下，但它被认为是安全的，从而避免了整个问题。 48V电压可以达到常规和轻度混合动力系统所需的最高电压，从而避免了其他安全相关的设计问题。

48V系统面临的挑战

使用48V需要新的电池结构，除了较细的电缆和相应较小的连接器外，它还规定有关允许弯曲半径的新准则（较细的电缆可允许更紧的弯曲并缓解电缆走线问题），电缆绝缘的考虑以及其他“机械”变化。但是，由于12V和48V总线不是彼此隔离的，需相应功能块来对其进行共同管理。

12V线路上的尖峰电压高达30V和40V，量身定制的电路保护组件需要较高的额定电压才能与48V一起工作。额定值较低的电压组件会在48V电路中跳闸，它们的物理和电气尺寸也需要较低的电流和较高的电压，防止反向电池连接在每个子电路中成为必不可少的标准组件。

在大多数系统中，真正的挑战始于电池管理，这涉及对具有相同标称电压的多个电池进行测量和管理。在12V / 48V设计中，存在两个非常不同的电压，从总体电源管理的角度来看，首选情况是允许48V和12V电池之间实现共享和交换能量。48V电池本身很特殊，原则上，它的结构可以由四个12V铅酸电池的简单串联组成，但这会占用太多空间，并且需要使用较大规格的电池间电缆。相反，48V电池是专门设计用于提供该电压的锂离子电池，但其体积与12V电池大致相同。

结论

12V电池在汽车工业中一直表现出色，由于其低压损耗，功耗和其他问题，这种低压单总线无法再满足当今车辆不断增长的功率需求。 解决方案是使用48V补充电池，这不再是“即将推出”的预测，它已经用于从内燃机到轻度和全混合动力再到全电动汽车的大量汽车中， 48V解决方案的使用将迅速扩展，它是解决电源问题的唯一可行解决方案。