越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
▍越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
其实,在我看来,轻混只是一个政策下的产物,它同样可以达到省油的效果,但是不如目前市面上的油电混合。
简单来说48V轻混简单说就是一个介于发动机自动启停与混动之间的这么一个产物,就是车企为了应对排放标准做出的妥协,尤其是涡轮车型,像美系车、沃尔沃,是市面上搭载轻混比较多的车企。
传统燃油车上使用的都是12V蓄电池提供电力,原理也比较简单,就是将发动机一部分动力通过发电机转换成电能在储存到蓄电池当中,这部分电能后续用来运行电子设备等,比如车辆熄火后听歌,直接使用的就是蓄电池的电量,我们一般也不建议熄火后听歌,这样对于蓄电池的寿命是有影响的,这个12V对于日常使用是完全可以应付用电需求的。而现在车子很多搭载自动启停功能(个人觉得是很鸡肋的一个配置),对于电压的要求就更高了,这也就催催生了48V轻混的产生,48V也可以更好的满足诸如熄火后的听歌、发动机启动点火及其他设备的使用,这样的好处是可以减少发动机的一部分负载(辅助发动机);但是缺点同样明显,尤其是BSG电机并没有给发动机带来多大的减负,ISG电机虽然可以给发动机减负,不过这种高度集成的元件,不仅设计复杂,后期维修成本也会更高,同时增加了故障率的风险,总体看48V轻混不如传统的12V耐用可靠。
反正就我个人而言,不是很大的兴趣去搭载48V轻混!
▍越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
48V轻混其实是针对360V强混来说的,新车型/豪车搭载轻混系统主要目的就是为了节能减排,应对日益苛刻的燃油消耗限值。
《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法 及指标》。这两项国家强制性标准要求,从2016年开始,直至2020年,所有企业生产的乘用车平均油耗必须降至5.0升/100公里。
而在内燃机技术高度发展的今天,热效率提升非常困难,从内燃机身上要油耗是很困难的,油耗能降低2-4%都可以说是非常大的进步。因此部分车企会发展三缸机、48V轻混系统等。而48V轻混系统降低油耗是立竿见影的,理论上油耗可以降低10%-20。但实际使用中还受到其他因素的影响,奥迪采用了48V轻混系统后,宣称百公里油耗降低0.7升。可能家用车对百公里降低0.7L的油耗不敏感,但是对于生产汽车的企业来讲则是有利的,可以降低旗下乘用车的平均油耗,这也是各个车企造电动汽车的一个原因之一。
主机厂采用轻混系统可以降低平均油耗,满足国家强制性标准。对于消费者来讲48V轻混的存在只是增加了汽车的复杂性而已,毕竟与强混比起来油耗差异不是那么明显。尤其是部分企业,为了降低油耗/排放,采用三缸发动机+48V轻混系统。三缸机阻力小,效率高可以降低油耗、轻混系统也可以降低油耗,关键时候还能提升发动机的动力,扭矩可以增加35Nm左右,一定程度上可以弥补三缸机的种种不足。
但是三缸机+轻混所取得成绩是不会超过或达到4缸机强混(油电混动)车型的,油耗/排放都不如强混,唯一的好处是轻混成本低。而对于没有能力开发强混系统的主机厂,用轻混是最好的选择。没有技术壁垒,没有门槛,对成型的汽车改动不大。
什么是48V轻混?
其实就是一套采用48V电源供电的动力系统。提高电器工作电压后,同样的功率下电流可以大幅度降低,或者同样电流下功率增加。生活中的高压输电就是利用了高压输电电损低的原理做到的。因此提高供电电压后可以使用更高功率的电子设备。
那为什么选择48V电压为工作标准呢?高一点不行吗?
理论上电子设备工作电压越高,则功率可以做的更大,例如油电混动系统的电机最大功率可以做到135kw,这就对电压要求很高,因此采用360V供电。但是轻混系统考虑的比较多,首先成本是必须要控制的、其次轻混电机功率小不需要高压供电,博世轻混电机功率10kw左右。
而从安全角度来讲,直流60V以下是安全电压。48V电池组充电电压也不会高过60V,而60V以下的线路对线材耐压绝缘要求不高、成本可以降低。要知道强混系统工作电压为360V,线路耐压绝缘都有一定的要求,成本也会高一些。因此48V电压被大多数轻混方案所选用。
轻混是怎么节油的?
内燃机燃油消耗量与负载大小有直接关系,能量守恒。因此传统内燃机在降低油耗上已经伤透了脑筋,努力降低各种元器件的能耗。例如采用可变排量的机油泵、可变排量空调压缩机、电子水泵等、方向电子助力系统等。但是这些能抠的地方都抠的差不多了,想要进一步降低油耗就要从发动机外部想办法。加装电机是一个最好的选择,与强混系统是一个原理。发动机外部加装电机,电机工作时发动机就会省力一些,省力自然也就降低了油耗。
但是由于电机功率过小并不能单独驱动车辆行驶,因此油耗降低幅度小。除了加装电机降低油耗外,汽车还可以采用电子器件代替机械器件。例如水泵,采用电子水泵能降低发动机负载,采用电子涡轮可以提高发动机响应速度,增压不受转速影响。采用电动压缩机也可以降低发动机负荷,奥迪还采用了电子防侧倾系统……总之采用电子设备代替发动机直接传动的机械设备可以降低发动机负荷,也就降低了油耗。
电子设备可以降低油耗,那么电是从哪里来的?
能量守恒,电并不是凭空而来也不是用之不尽的。轻混系统电能来源是BSG电机,这个电机也叫作启发一体电机。永磁电机是可逆的,也就是说接通电源就变成了电动机。外接能量驱动电机旋转时电动机就变成了发电机。轻混电能主要来自动能回收,例如刹车减速时,电机会进入发电模式利用电机的阻力来降低车速。10kw的电机发电模式下发电功率可以达到11kw。而平时发动机工作时,会有一定的富余功率/能量。在普通燃油车上,这部分能量是直接浪费掉的。但是轻混系统富余功率可以被BSG电机吸收,发电后电能储存在电池内。
轻混系统电机是如何工作的?
因为电机功率小,10kw左右,起步时是不能够单独驱动汽车的。但是起步时可以为发动机提供助力,如同有人帮你推车一样,你就会省力。行驶中需要动力时,电机也会工作,这就是轻混加速助力模式。当车速提升进入巡航模式时,收油门的时候发动机断油。车辆处在滑行状态,所需功率比较小,BSG电机开始工作,驱动发动机运转使车辆滑行的更远一些。这就是轻混的扭矩辅助模式。除此之外BSG电机还有车辆舒适性的作用,自启停的时候启动机退位,由BSG电机负责启动车辆。BSG电机功率虽然不高,但是要比启动机功率高上几倍,发动机转速可以拉的更高,因此车辆启动时发动机运转更平稳。但是由于采用皮带传动,冷启动时发动机依然需要启动机启动。
BSG电机在哪里?轻混系统比燃油车多了那些元件?
目前大多数轻混系统都是P0架构,即电机在发动机前端。在原来发电机的位置上,与发动机之间采用皮带传动。这样的架构比较简单实用,对整车设计改动比较小,布局更容易。成本只增加4000元左右,可以降低8-12%的油耗,是目前大多数零部件供应商广泛采用的方案。大陆与舍弗勒正在研发P2架构的轻混系统,而P0+P3的架构也在研发中。。
轻混系统比燃油车多了BSG电机、48V/12V变换器、48V电池等。原车的12V供电系统保持不变,电瓶充电也是由48V/12V变换器完成,把48V降压到14V为电池充电。而且变换器工作方式是可逆的,既可以降压为12V供电,12V也可以升压为48V电器供电。轻混系统对对于没有强混系统的主机厂来说,是一套高性价比方案、可以快速解决能耗问题,这就是众多汽车争相采用的原因。
▍越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
为什么要上48V轻混系统呢?直接的原因就是汽车现有的12V供电系统,不能满足技术需要。不管自动启停,还是能量回收,现有的12V工作效率都比较低,所以才催生了这个48V的轻混系统。
那为什么又要搞些技术呢?因为现在排放要求越来越高,汽油机的技术又到了一个瓶颈,想要提升难度巨大,所以只能从其他方面减少浪费,提高能源利用效率。现在我们汽车发动机只有不到40%的做功是推着汽车跑的,其他的能源都浪费了,每提升一点,都会减少一部分排放跟油耗。
在浪费的这些能源里面,转化成热能散掉的是大头,然后就是怠速、刹车等带来的能量损失,48V系统这些方面的表现都很好。当然混动车更好,但是成本更高,设计上也更复杂,对技术要求高。
首先48系统可以提高发动机的效率,因为有电机辅助发动机,所以它可以让发动机更多的运转在高效率的状态。打个比方,一台发动机最大热效率40%,平时我们开车走走停停,普通的汽车发动机热效率维持在20%,可能48V系统会到30%以上。
其次48V系统的启停系统更高效,怠速油耗在市区工况里不是个小数,所以自动启停系统能有效降低市区油耗。48V系统的启动系统比现在的12V更省油,而且体验更好,不会像现在部分车的启停让人很难受。
再就是48V系统有锂电池,有能量回收系统,可以有效吸收刹车时浪费的能量。然后这块能量可以配合电机辅助发动机工作,甚至可以在巡航状态下让发动机停转,靠电机就可以维持短距离的巡航。
总的来说就是48V系统节能减排效果更好,而且有了电机的助力,发动机可以用更小排量的来替代,6缸可以换成4缸,4缸可以换成3缸,进一步降低油耗。
▍越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
以沃尔沃S90为例,没有加载48V的T5和有48V的B5都开过,厂家说有48V轻混可以提升动力更省油以及更好的启停感受,对动力的影响感觉不到,似乎确实可以省一点点油,以前的T5综合油耗可以到9,现在的B5在8个多,但差的这点油和通常说的类似丰田那种混动没法比,启停也确实更平顺,不像没有轻混在恢复启动时会明显的震一下。总的来说,有点作用,但作用不是很明显。
▍越来越多的新车上都搭载了48V轻混系统,尤其是在豪车身上,轻混系统有啥益处?
汽车48V轻混系统最大的优点是制造成本低,输出功率大。当额定电压设置为48V时,与现有的12V系统相比,可以增加输出并减少所使用的电流,因此在某些系统中可以提高效率。有效利用12V系统无法实现的再生能源。另外,与高压系统相比,电气部件可以被小型化和简化。
制造成本
在48V系统中,通过将被分类为高电压的瞬时电压抑制到60V或更低,不需要在高电压系统中所需的安全级别,整个系统的成本可以低于高压系统的成本。除此之外,通过增强制动器等,来改善(噪声,振动,粗糙度),并且可以改善行驶的流畅性以及低速电动行驶性能。
操控性更好
发电机也是48V,还增加了制动辅助功能。除了发动机启动/停止功能之外,它还可以在发动机效率低下的条件下(例如,车辆低速启动或行驶时)进行扭矩补偿,并且还有“微混合功能”,在减速期间再生能量回收能力更强。
运行功率更高
48V系统可实现的最大输出为12至15kW,额定输出为5至8kW,比12V系统更高。12V系统因为电流过高并且会影响其它系统,如果使用单独的48V系统就消除了这种功率不足的问题。除了可以很好的控制车辆之外,还可以实现“ e-爬行功能”,“ e-航行功能”和“负载点移动功能”。
节能减排
通过电子爬行功能,可以以15 km / h或以下的速度纯电动行驶。e航行功能是一种辅助电动机转换扭矩的功能,当以40至60 km / h的恒定速度行驶时,它不会减慢速度。负载点偏移功能是在发动机车辆起步或低速行驶时,通过电动机补充扭矩的功能。此外,通过结合怠速停止功能和主动停止发动机,与不具有此功能的车辆相比,可以减少CO 2排放。
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