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48V輕混係統將成主流,2025年裝車量達1100萬輛

電動化已經成為全球新能源汽車發展的必然趨勢。目前,以純電動、插電混動為主的新能源汽車總體占比已經達到了50%以上。其中,純電動車型占到了狹義新能源車總量的68%,也就是2/3純電動,1/3插電混動。中國乘用車市場聯席會秘書長崔東樹認為轉型新能源汽車,對中國而言是重要的新機遇點。尤其是在中國整個產業鏈呈現整車強、零部件弱的特點,且國家又有強大電力體係支撐的背景下更是如此。

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圖1:2019-2027年xEV市場展望(來源:IHS Markit)h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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)。h59esmc

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。h59esmc

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圖2:某Tier 1大廠48V輕混係統示意圖h59esmc

具體而言,相對12V、24V或60V係統,48V輕混係統有著如下優勢:h59esmc

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;h59esmc

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;h59esmc

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;h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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圖3:2019-2027年MHEV市場發展趨勢預測(來源:IHS Markit)h59esmc

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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)h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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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)h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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圖6:MHEV車型性價比並非完全不變h59esmc

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。h59esmc

誤區一:48伏MHEV市場不可能再擴大了h59esmc

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。h59esmc

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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h59esmc

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48Vh59esmc

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。h59esmc

誤區三:48伏係統將使汽車更加昂貴h59esmc

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:h59esmc

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)。h59esmc

誤區四:48伏係統將取代12伏係統h59esmc

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。h59esmc

誤區五:世界現在隻需要純電動汽車h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

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。h59esmc

原創
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邵樂峰
ASPENCORE中國區首席分析師。
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