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48V將成為汽車電源產新主流?

上網時間: 2013年09月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:48V  動力傳動  汽車電源  油電混合  Micro Hybrid 

新式的48V動力傳動技術由於具有油電混合動力的優點且降低了複雜度,可望為汽車產業帶來重大變化。

業界多家汽車元件供應商正加速汽車內部電源48V架構的採用。這項稱為48V的汽車動力技術,結合了雙重電壓設置以及‘啟動-停車’(start-stop)技術的優勢,能夠更有效率地擷取汽車的煞車能源,為汽車中所需越來越多的電子負載提供更多功率,同時提高燃油效率,甚至可高達15%。

“我們認為,在未來的十年內,48V技術將發展成為一個重要的市場,”已經開發出48V產品的Johnson Controls公司產品管理策略副總裁Craig Rigby表示,“它可望成為在‘啟動-停車’技術後普及於大眾市場消費者的下一代技術。”

48V架構最主要的需求來自於微型混合電力系統(Micro Hybrid)。因應這項需求,美國Johnson Controls公司開發出的採用雙電壓架構的48V電壓鋰離子充電電池模組,其中內建12V低電壓的鉛酸電池以及一個48V鋰離子電池單元。該系統可以提高15%的燃油經濟性。德國英飛凌科技(Infineon Technologies)透過其高耐壓馬達驅動IC打造出一款可支援48V電壓的馬達控制系統。


新興的汽車傳動系統必須支援各種不同的儲能技術。

德國奧迪(Audi)在今年舉行的AABC上表示,該公司與BMW、戴姆勒(Daimler AG)和保時捷等多家汽車公司已決定從12V系統轉向48V系統了。這是因為,傳統採用鉛酸電池的12V系統不支援100A以上的電流值,但今後車載電子系統必須可實現高達3kW的輸出功率。因此,Audi公司已經計畫在原有的12V引擎以外加裝48V鋰離子充電電池模組,透過DC-DC轉換器連接48V鋰離子充電電池模組,可望使汽車可支援達130A的電流。

美國Continential公司則計畫使48V鋰離子充電電池模組實現標準化。該公司已經與電池廠商SK Innovation在今年1月攜手成立了合資公司──SK Continental E-motion,並開發出10Ah電池模組。

A123 Systems也致力於開發48V鋰離子充電電池模組。採用100V以上的鋰離子充電電池模組,雖然能使HEV大幅提高燃油效率,但專用元件和耐壓元件成本高。而48V鋰離子充電電池模組不但能提高10∼15%的效率且具有高性價比。

恩智浦半導體(NXP Semiconductors)則以其FlexRay收發器系列支援汽車產業在未來的車型中採用48V供電電壓。NXP新型的48V FlexRay供電系統不僅提升原有的48V CAN收發器系列,且耐壓性能可達到+/-60V。


NXP開發60V FlexRay收發器,支持汽車產業過渡至48V。
(來源:NXP Semiconductors)

在1990年代後期,汽車產業高層原本談論的是一項被稱為42V的技術。然而,經過幾年的爭辯,42V已經邁向終結了。然而,供應商表示,新的48V技術與42V技術大不相同,它在燃油經濟性方面提供了大躍進。再者,如今的監管環境已經改變了,電池技術也大幅進展。

獲得業界許多汽車電子供應商支持的48V技術,其配置是要求傳統12V網路必須採用大部份汽車中使用的鉛酸電池。然而,它還額外增加了一層:48V鋰離子電池以及一個獨立的48V網路。12V網路處理傳統負載,如照明、點火、娛樂、音響系統與電子模組等。而48V系統則支持主動式底盤系統、空調壓縮機,以及再生煞車系統等。

48V規格的關鍵之一在於鋰離子電池技術,這是當年命運多舛的42V系統無法具備的優點。業界工程師們為,鋰離子電池技術可提供較鉛酸化學電池更高3倍的能量密度。此外,“使用鋰離子電池也可帶來尺寸和重量方面的好處,”Rigby說:“早在1990年代,我們就一直在尋找可結合3個鉛酸電池所能實現的電壓。”

更重要的是,48V鋰離子電池的充電性能更佳,使其可作為擷取再生煞車動能的最佳備選技術。“這的確可歸結於再生煞車系統的概念──從車輛減速的過程中採集動能,並把它存儲存在電池中。”

當然,傳統的全混合動力車也提供相同的功能,但它們通常使用非常高壓的電氣架構以及高電壓電池。幾年前,豐田汽車(Toyota)的Prius斯採用了500V的電源架構,而福特(Ford) Escape Hybrid混合動力車採用了330V系統,Lexus混合動力SUV可下。這些電壓使混合動力車支援高達20千瓦(kW)的電力負載,相形之下,傳統的12V燃氣汽車僅需1.5kW。其結果是,他們往往很輕鬆就因應額外的電氣負載與特性,如前排座椅加熱、可加熱式擋風玻璃、後避震器、最終則是電子空調、主動底盤以及,線驅動系統。

儘管如此,相較於採用傳統鉛酸電池的12V系統,48V架構將可提供更多的能量,“它甚至還有潛力可望提升到10、11,甚至12kW的電平,”Rigby表示。

業界供應商將48V供電架構視為‘啟動-停車’系統的一項補強技術,而它事實上帶來了更大的補強效果。12V的‘啟動-停車’系統可能會提高燃油效率5%,但48V的‘啟動-停車’系統所提供的優勢更達15%。

如果‘啟動-停車’系統的成長率可作為一項指標,那麼48V也有機會獲得普遍採用。在歐洲,今年生的的汽車中約有50%都將納入‘啟動-停車’系統,而且這一數字還在不斷攀升中。Rigby表示,48V可望為消費者帶來同樣的吸引力,然而,“這項技術最後也將回歸到經濟效益的問題──它的成本是多少?可帶來什麼回報?燃料價格?這些問題的答案將會決定這項48V技術能夠多快被採納。”

編譯:Susan Hong

(參考原文:Headline: Can 48V Be the Auto Industry's Next Big Thing?,by Charles Murray)





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