在一文了解12V車載電源 中介紹了12V鉛酸電池自1950年代初從6V提升到12V后，一直沿用到今。同時隨著汽車電動化和智能化的快速發(fā)展，主機廠開始探索更高電壓的車載電源，大概在2010年開始歐洲多家主機廠將混合動力車輛將電壓提升到48V，但該方案為弱混方案，在純電動車可發(fā)揮的空間不夠。最近特斯拉Cybertruck推出，該車采用全新的48V電源系統(tǒng)，使得48V電源系統(tǒng)被各個主機廠和供應商再次重視起來。48V車載電源則是為了滿足日益增長的車載負載需求，更嚴格的排放法規(guī)和更好的性能和效率，替代12V或24V車載電源。
Source: 汽車48V系統(tǒng)技術(shù)詳解那么本文就聚焦在48V電源系統(tǒng)，來詳細了解下其信息。1 之前的48V電源系統(tǒng) 當最近聽到48V系統(tǒng)，我的第一反應還是之前混動車上的48V電源系統(tǒng)，即2010年，德國車企在燃油汽車上推的48V電源系統(tǒng)的弱混方案，對動機怠速啟停技術(shù)進行升級和改造，采用48V電源系統(tǒng)提供更大的功率，提升發(fā)動機的性能和降低排放。該48V系統(tǒng)是作為12v系統(tǒng)的補充，通過DCDC轉(zhuǎn)換器將其集成在原有12V系統(tǒng)上，避免了傷筋動骨的變更；同時，積累了48V/12V雙總成的電壓技術(shù)。如下所示： Source: : Base architecture – source: Delphi - 由于電壓低于60V，屬于安全電壓，不需要采取額外的電壓防護，相對高壓混動系統(tǒng)，成本更低；同時，相對于12V電源系統(tǒng)，相同功率下工作電流更低，相應地損耗也大大地降低。
- 可將傳統(tǒng)發(fā)動機上的高負載附件電動化，比如空調(diào)壓縮機、冷卻水泵、真空泵等，降低發(fā)動機的負載，即使在發(fā)動機關(guān)閉的情況下，這些設(shè)備也能工作。
- 將車載電器工作電壓提升到48V，一方面可以支持更大功率的車載設(shè)備，另一方面可以進一步降低損耗，同時可以降低線束外徑。source: Scalable platform concept for introducing 48-volt electrical systems – Audi
當然48V弱混系統(tǒng)有存在幾個不足點，比如：48V電源系統(tǒng)的弱混方案不是直接將系統(tǒng)標準電壓直接提至48V，而是保留了原來的12V電源系統(tǒng)，增加了一套48V的弱混系統(tǒng)。2 特斯拉的48V電源系統(tǒng) 在上述的48V電源系統(tǒng)發(fā)展了十幾年后，去年特斯拉Cybertruck采用全48V 電源系統(tǒng)，即Cybertruck上完全摒棄了12V電源系統(tǒng)，特斯拉需要把所有車上的用電設(shè)備都納入到48V的工作范疇之中，這意味著所有車載電子設(shè)備都兼容48V電壓，對車輛內(nèi)部所有電子組件的定制設(shè)計，確保它們能夠直接在48V電壓下工作，從而避免了需要一個12V子系統(tǒng)來兼容舊有設(shè)備的問題。
Source: 48V區(qū)域架構(gòu)：電動汽車的未來特斯拉為什么要這么做呢？這是因為對特斯拉來說，12V電源系統(tǒng)承載能力達到極限，需要構(gòu)建新電氣平臺，以支持更高的用電功率需求，比如：智能駕駛的感知系統(tǒng)、計算系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，智能底盤的線控制動和線控轉(zhuǎn)向，智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的大屏幕、音響和GPU。Source: Why Tesla's move to 48-volt electrical architecture is an industry game changer用這樣的全48V 電源系統(tǒng)，與12V電源系統(tǒng)相比，同樣的功率下，電壓越高，電流就越小，需要的電線也更細，因而可減輕重量和節(jié)約成本。如下示例，相同輸送距離輸送同樣的功率，12V比48V電源電線重量減輕85%。 Source: 48V 系統(tǒng) - 告別 12V | Vicor | 汽車 (vicorpower.com) 另外，48V電源系統(tǒng)還可以顯著降低電阻損耗，從而提升電動汽車的續(xù)航里程。
雖然48V電源系統(tǒng)使用的線束成本更低，也更容易安裝，但是48V電源所使用的零部件還沒普及，因而成本遠高于12V電源系統(tǒng)，另外在復雜性和安全性方面也存在一些挑戰(zhàn)，比如需要一些新的安全功能來防止觸電等。3 從12V過渡到48V我們都知道，現(xiàn)在家用車幾乎都是12V電源系統(tǒng)，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時帶動發(fā)電機給電池充電，并給其他電子設(shè)備供電，比如車燈、音響、空調(diào)、車窗升降、雨刷等。這套12V電源系統(tǒng)已經(jīng)形成了很強的規(guī)?；?，所以維修和更換部件相對較為簡單和普遍，市場上易獲得的配件和技術(shù)，對于傳統(tǒng)家用車來說12V電壓帶動相關(guān)的設(shè)備也完全夠用。而48V電源系統(tǒng)在某些電動汽車和混合動力汽車中應用比較廣泛，相比12V電源系統(tǒng)，48V電源系統(tǒng)可以使電動機更高效地運行，也可以減少電流流動所需的導線尺寸和重量，從而降低整體重量和成本，并提高車輛的能效。 考慮到12V電源系統(tǒng)的主要限制是其功率輸出相對較低。對于一些需要更大功率的設(shè)備，如高功率音響系統(tǒng)或大功率加熱器，該系統(tǒng)無法滿足需求。12V電源系統(tǒng)在傳輸電流時需要更多的電流，可能會導致能量損耗和線路過載。在這樣的背景下，特斯拉第一個采用了全48V電源系統(tǒng)，目前這套系統(tǒng)成本很高，也存在一些應用的挑戰(zhàn)，但總體趨勢是向著48V發(fā)展。source: 低壓架構(gòu)的未來（Cybertruck、Optimus 和未來的汽車 - 全部采用 48V）不過一下子48V電源系統(tǒng)取代12V電源系統(tǒng)是不可能的，需要一個過渡的過程，目前業(yè)內(nèi)有人給出了零部件系統(tǒng)電源替換的預測趨勢如下：
source: 系統(tǒng)從過載的 12V 系統(tǒng)過渡到 48V 在預期的10到15年的48V電源系統(tǒng)過渡期間，許多車輛將繼續(xù)使用現(xiàn)有的12V附件和子系統(tǒng)。這些附件和子系統(tǒng)工作良好，立即進行改造的成本太高，因此仍然繼續(xù)使用傳統(tǒng)的12V線束來實現(xiàn)。過渡期間，供電架構(gòu)將采用分布式架構(gòu)，如下所示:source: Solving automotive electrification challenges via a
decentralized 48V power architecture
車輛的48V電源來自汽車的 400/800V 主電池，然后輸送到48V負載，以及輸送給48V/12V電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后給12V負載，這樣電池的48V輸出被分配到車輛中的各種大功率負載，最大限度地提高低電流 （4x） 和低損耗 （16x） 的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)更小的物理尺寸和更輕的重量。具體落地方案可以像如下示意: 
通過使用這種分布式供電架構(gòu)，采用分布式模塊而不是大型集中式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，N+1冗余也可以以更低的成本實現(xiàn)。如果負載功率，這種方法也有優(yōu)點車輛開發(fā)階段的變化。而不是完全從頭開始實施更改定制電源，工程師可以添加或取消模塊。另一個設(shè)計優(yōu)勢是由于該模塊已獲得批準和認證，因此縮短了開發(fā)時間。
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