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圖1：2019-2027年xEV市場展望(來源：IHS Markit)3pLesmc
另據國際能源署發布的《2020年全球電動汽車展望》，2019年，全球電動汽車銷量達到了210萬輛，上路總數增加到了720萬輛。然而，即使同比增長40%，電動汽車僅占全球汽車市場的1%和全球汽車銷售的2.6%，其餘都是內燃機(ICE)汽車，減少二氧化碳排放和遵守政府法規的需要，促使汽車製造商開始紛紛推出48V輕度混合動力(MHEV)車型。3pLesmc
為什麼是48V輕混？
2021年，歐盟開始將二氧化碳排放量限製在95克/公裏，並計劃到2030年將其進一步限製在59克/公裏或以上。此外，中國、印度、加拿大和英國等國家也宣布了在未來幾十年逐步淘汰ICE車輛的目標。即便是在當前，中國國家強製標準要求新車每百公裏油耗不得超過5.0L，也成了眾多傳統車廠不得不直麵的一道坎。3pLesmc
目前看來，單靠提高發動機的燃油效率達到排放目標基本是不可能的，而完全轉向純電動車，不僅受限於當前電池技術無法解決續航和成本問題，還意味著棄置原有燃油車產線、人才、技術等資源，造成極大浪費。3pLesmc
這種情況之下，係統成本較低、節油效果相對明顯、對現有整車結構改變不大的48V輕混係統成為產業新熱點，從德係三強奧迪、寶馬、奔馳到國內吉利、比亞迪、長城等多家車廠，以及德爾福、大陸、博世等一級供應商都是其擁躉，甚至一直以強混稱霸市場的日係車企也都已有所動作。兜兜轉轉多年之後，48V輕混係統從被忽視、放棄又重回市場、漸成主流。3pLesmc
在最新的車企新聞中，奔馳AMG C43、奔馳GLC、寶馬X5、國產新沃爾沃S60/XC60、上汽通用新款昂科威、別克GL6、凱迪拉克XT5&XT6 2021款、全新標致308、馬自達CX-3、奧迪S6、WEY全新SUV摩卡、紅旗H5等車型均配備48V輕混係統。3pLesmc
48V輕混係統，嚴格來說其實是對傳統燃油車進行更深入的電氣化改造，即在原有的動力基礎上，增加一個48V鋰離子電池、一個集成式起動發電機(ISG)或帶式起動發電機(BSG)，以及一個用於48V與12V電壓之間轉換的雙向電壓控製器(DC/DC)。3pLesmc
ADI公司相關人士表示，為提高係統兼容性，降低推廣難度，配備48V輕混係統的汽車將同時搭載48V高壓電池係統和12V低壓電池係統，能提供高達10kW的可用能量，其中12V總線繼續負責處理如照明、點火、娛樂信息係統等傳統負載，48V總線將支持主動式底盤係統、空調壓縮機、可調懸掛以及電子增壓機/渦輪增壓機供電，還支持再生製動。德爾福、博世以及法雷奧的宣傳資料均顯示，48V輕混係統僅需要高壓混動係統30%的成本，即可達到其70%的效果，性價比非常高。3pLesmc
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圖2：某Tier 1大廠48V輕混係統示意圖3pLesmc
具體而言，相對12V、24V或60V係統，48V輕混係統有著如下優勢：3pLesmc
1. 相對於12V係統，電壓升高，同功率下電流更低、損耗更小，同時對線束的要求更低，更適應整車輕量化趨勢；3pLesmc
2. 相比高壓混動係統，最高電壓低於60V的安全電壓，無需額外的電壓防護，成本優勢更大；3pLesmc
3. 傳統依靠發動機來負載的空調壓縮機、冷卻水泵等設備可調至電池來負載，從而有效降低發動機的負荷，並且在發動機關閉的情況下，負載仍可繼續工作，更為節能；3pLesmc
4. BSG/ISG技術和ISG技術可助力進一步縮小發動機的體積，進而降低排放，且利用電動渦輪替代機械渦輪，還能進一步提高發動機的效率。3pLesmc
MHEV市場趨勢展望
IHSMarkitAutomotive定義的輕混(MHEV)其實要比市麵上常見的48V略微廣泛，包括12V、48V以及24V輕混。舉例來說，12V的輕混，如奧迪新上市的A4和A6，采用2.0T輕混的技術路線，在IHSMarkitAutomotive的數據庫中，該款車型就歸類為MHEV。而24V的輕混，則主要以馬自達為代表。3pLesmc
圖3圖4分別顯示了2019-2027年MHEV市場，以及MHEV P0-P4車型電動機功率和電池容量的發展趨勢。可以看出，歐洲和中國OEM廠商對MHEV車型最為青睞，而P0級則以68%的市場份額占據絕對優勢。3pLesmc
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圖3：2019-2027年MHEV市場發展趨勢預測(來源：IHS Markit)3pLesmc
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圖4：MHEV P0-P4車型電動機功率和電池容量發展趨勢(來源：IHS Markit)3pLesmc
對於不同的技術路線，尤其是不插電情況下，IHSMarkitAutomotive大中華區輕型車動力係統及合規分析師方傑以“附加成本”作為基礎評價指標，比較了主流的12伏到48伏，再到高壓的技術方案。3pLesmc
所謂的“附加成本”，指的是對比於純ICE車輛，從12V啟停、48V P0、48V P1、48V P2，再到高壓P2以及高壓雙電機DHT，分別所增加的物料成本。然後再通過節油率指標來進行衡量，節油率也是對比於純ICE車輛而言，例如48V P0，預計它的附加成本，以2025年為例，可能增加2700元人民幣，其帶來的節油率是10%左右，從而計算出性價比，即每實現1%的節油率，成本為270元。采取這樣的對比思路，參考圖5右側圖表(橫軸為節油率，縱軸為對應的附加成本)可以發現，從發動機啟停，到較高層次的雙電機DHT混動方案，附加成本與節油率之間基本呈現近似直線的正比關係。3pLesmc
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圖5：從12V到高電壓，MHEV車型附加成本與節油率之間基本呈現近似直線的正比關係(來源：IHS Markit)3pLesmc
那是否可以完全定義為線性或是正比關係呢？方傑以圖6所示為例稱，如果橫軸還是節油率，把縱軸改成性價比，即附加成本除以節油率，可以看到，性價比並不是完全不變的。準確的說，是在發動機啟停到48V P2這一區間內，性價比越來越低，48V P2之後，其性價比開始逐漸持平。3pLesmc
換而言之，如果純粹追求性價比的話，到2025年，發動機啟停其實性價比最高，但是啟停的節油率遠遠滿足不了2025年單車油耗的目標值。那麼，綜合考慮性價比和節油率，方傑認為48V P2及以上的混動路線在中長期來看非常值得推薦，但具體采用哪種方案，主要還將取決於OEM的技術儲備以及國家政策法規(例如新增的低油耗車型定義)的影響。3pLesmc
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圖6：MHEV車型性價比並非完全不變3pLesmc
關於48V係統的5種傳言
盡管前文列舉了不少48V MHEV汽車的優勢，但考慮到市場上仍然存在著不少認知誤區。日前，德州儀器(TI)混合動力、電動汽車和動力總成係統負責人Karl-Heinz Steinmetz親自撰文，就五個最為典型的認知誤區逐一進行了回複。3pLesmc
誤區一：48伏MHEV市場不可能再擴大了3pLesmc
德勤《2020年全球汽車消費者研究》(Global Automotive Consumer Study)顯示，印度10%的潛在買家和德國43%的汽車買家不願意為電動汽車支付更多的費用。但48伏MHEV恰好可以在解決裏程焦慮的同時不增加太多成本，從而使消費者更願意接近電動化未來。3pLesmc
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圖7：不願意為自動駕駛技術和替代發動機技術再付錢的消費者百分比3pLesmc
誤區二：原始設備製造商在向電動汽車發展的過程中會跳過48V3pLesmc
麥肯錫公司在其題為《REBOST：對不斷變化的動力總成部件市場和供應商如何取得成功》的報告中預測，到2030年，電動汽車充電基礎設施需要累計投資500億美元(不包括電網升級)，才能支持插電式混合動力汽車和電動汽車當前的增長幅度。大多數OEM廠商都采用48V係統，因為它們隻需要在車輛結構上進行一步改變，而內燃機車需要昂貴的重新設計，才能成為電池驅動的電動汽車。3pLesmc
誤區三：48伏係統將使汽車更加昂貴3pLesmc
盡管包括額外電池在內的新部件成本較高，但其他方麵仍有節省，包括：3pLesmc
減少近4公裏的電纜和線束重量，因為相比12V，48伏允許更小的線規。 48V電動泵、風扇、動力轉向齒條和壓縮機的效率更高，從而降低了成本。 與PHEV和BEV相比，48V係統電池容量小，電池成本更低。 在保持性能的同時，用更小、成本更低的四缸發動機替換六缸發動機。 此外，還可以通過設計來管理MHEV的成本——從成本最低的P0架構(從附件傳送帶運行)到緊密集成的P4架構(電動機直接向車軸施加扭矩)。3pLesmc
誤區四：48伏係統將取代12伏係統3pLesmc
MHEV可能會繼續通過DC/DC轉換器將傳統的12V電池連接到48V係統上。在當前的設計中，48V係統將處理來自扭矩輔助的負載，並有助於減少啟動時間，而12V係統則繼續控製發動機、變速箱、處理主動安全和信息娛樂功能，從而將重新設計和相關成本降到最低。最終，高端汽車製造商將完全轉向48伏係統，但這可能需要10至15年的時間。3pLesmc
誤區五：世界現在隻需要純電動汽車3pLesmc
盡管純電動汽車目前可賣給願意和有能力更換的消費者使用，但MHEV提供了一條增加交通電氣化的途徑。這是一條有助於解決成本、裏程和環境問題的途徑，同時繼續利用現有的規模經濟和客戶期望。3pLesmc
結語
根據IHS Markit的預測，2025年48V輕混係統全球裝車輛將達到1100萬輛，在混動車中占據超過半壁江山；而在中國市場上，隨著新能源補貼加速退坡，48V輕混係統將更早成為混動係統中的主流。3pLesmc
不過，盡管48V輕混係統改裝方便，但由於48V/12V的高壓差以及功率傳輸方式的變化，其對電源係統提出了新的挑戰，尤其是如何在保持與12V係統相似的轉換效率、低EMI和小尺寸的前提下，還要完全符合汽車安全完整性等級ASIL D的係統級功能安全性，實現ISO26262所要求的設計，並具備出色的惡劣條件耐受性，都是對工程技術人員提出的挑戰。3pLesmc
