【導讀】48 V 系統越來(lái)越普及，未來(lái)車(chē)輛可能會(huì )混合使用 12 V、 48 V 和高壓（通常為 400 V 或 800 V）電源網(wǎng)絡(luò )，而且傳統的12 V 配件也逐漸遷移到 48 V 系統，耗電較高的組件首先受到影響，例如電動(dòng)轉向 (EPS)、懸掛系統、用于加熱/冷卻車(chē)艙和電池組的 HVAC 壓縮機。
早期汽車(chē)的 12V 電氣系統只能滿(mǎn)足點(diǎn)火和基本照明需求。隨著(zhù)現代汽車(chē)引入了電動(dòng)轉向、泵和暖通空調（HVAC）等高能耗設備，電力需求大幅增加，對 12V 系統構成了挑戰。因此，汽車(chē)行業(yè)正轉向 48V 電氣系統，這不僅提高了功率輸出，支持更多高級功能，還通過(guò)使用更細的線(xiàn)束和小型連接器，減輕了重量，節省了成本，為安裝更多電子設備提供了空間。本文為《48V 電源網(wǎng)趨勢白皮書(shū)》第一部分，主要介紹系統用途、市場(chǎng)趨勢和系統描述。
系統用途
48 V 技術(shù)的應用逐漸擴展到 MHEV 領(lǐng)域之外，純電動(dòng)汽車(chē) (BEV) 也開(kāi)始采用 48 V 組件。雖然 BEV 使用高壓電池組（通常為 400 V 或 800 V 架構）來(lái)為電機供電，但對于某些應用，48 V 可帶來(lái)顯著(zhù)優(yōu)勢：
? 減小線(xiàn)纜尺寸：48 V 系統支持使用更細的線(xiàn)束來(lái)為散熱風(fēng)扇、 車(chē)艙通風(fēng)系統和座椅加熱等現有功能供電。這不僅可以減輕車(chē)輛重量，而且在需要較低電流的情況下，還能提高能效。
? 高壓 (HV) 不適用的場(chǎng)景：主電池組的高電壓不適用于座椅加熱等功能，而且需要額外的安全措施。對于這些應用來(lái)說(shuō)，48 V 系統在節能和安全性之間實(shí)現了良好的平衡。
此外還為先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS) 和潛力十足的全自動(dòng)駕駛汽車(chē)奠定了基礎。電動(dòng)轉向、線(xiàn)控轉向和線(xiàn)控制動(dòng)（電子線(xiàn)控）都需要消耗大量電力，而電子線(xiàn)控系統更是對可靠性、安全性和冗余度提出了更高的要求 。與 12 V 系統相比，48 V 系統可使線(xiàn)控轉向等大功率組件的冗余執行器更輕、更具性?xún)r(jià)比。
市場(chǎng)信息和趨勢
多電壓電氣架構是未來(lái)趨勢
48 V 系統越來(lái)越普及，未來(lái)車(chē)輛可能會(huì )混合使用 12 V、 48 V 和高壓（通常為 400 V 或 800 V）電源網(wǎng)絡(luò )，而且傳統的12 V 配件也逐漸遷移到 48 V 系統，耗電較高的組件首先受到影響，例如電動(dòng)轉向 (EPS)、懸掛系統、用于加熱/冷卻車(chē)艙和電池組的 HVAC 壓縮機。
現有 12 V 系統仍將由 DC-DC 轉換器支持，由 HV 母線(xiàn)或 48 V 電池供電。然而， 隨著(zhù)越來(lái)越多的組件轉向 48 V 電源，該系統將成為汽車(chē)內非動(dòng)力系統的主要電氣系統， DC-DC 轉換器的尺寸預計會(huì )減小，復雜性會(huì )降低。48 V 技術(shù)方興日盛， 但全面應用尚需時(shí)日。美國汽車(chē)制造商正在引領(lǐng)這一變革，而亞洲和歐洲市場(chǎng)正在探索 48 V 的潛力， 尚未形成明確的發(fā)展方向。其他較大型制造商則采取了更為謹慎的態(tài)度，目前仍堅持使用 12 V 系統。
區域控制架構
除了電動(dòng)汽車(chē)電氣系統從 12 V 轉向 48 V 之外，車(chē)輛電源架構也正發(fā)生變革。汽車(chē)行業(yè)正從集中式配電轉向一種更分散的方法，即區域控制架構。
區域控制架構將車(chē)輛劃分為不同的區域。單個(gè)主配電單元 (PDU) 充當配電樹(shù)的第一級。PDU 直接連接到 48 V 或 12 V電池，并智能地將電力分配至車(chē)輛內的每個(gè)單獨區域。
區域控制器取代了過(guò)去分散于汽車(chē)中的許多電子控制單元 (ECU)， 負責分配電力并管理相應區域中的電氣器件。
其主要優(yōu)點(diǎn)在于可以用基于半導體的受保護開(kāi)關(guān)代替傳統保險絲， 這些開(kāi)關(guān)可通過(guò)微控制器 (MCU) 接通和斷開(kāi)，這意味著(zhù)可以在發(fā)生故障事件后復位，而不必更換。此外，受保護的半導體開(kāi)關(guān)可以向汽車(chē)計算機提供診斷信息，有助于解決電氣問(wèn)題。
圖 1：具有 3 個(gè)區域的區域控制架構示例：前部、中部、后部
車(chē)輛區域控制架構中的低壓配電
低壓電源網(wǎng)是電動(dòng)汽車(chē)區域控制架構中的關(guān)鍵要素。如隨附的框圖所示， 電力來(lái)自高壓 (HV) 電池組（通常為 400 V 或800 V 電池架構） 。HV-LV DC-DC 轉換器將高壓降壓，為 LV 網(wǎng)絡(luò )供電：48 V 或 12 V 電池。根據制造商和汽車(chē)型號，汽車(chē)可能只有一種 LV 電池，或者有兩種電池，每種電池使用單獨的轉換器。
低壓配電系統的主要器件
48 V 和 12 V 可能共存于同一輛車(chē)中，因此 HV-LV 轉換器可以直接為 48 V 電池供電，而額外的 48V - 12V 轉換器可以充當中間降壓級。在集中式配電模型中，單個(gè)較大的 48V - 12V 轉換器（約 3 kW） 為 12 V 電池供電。相比之下，區域控制架構采用分布式方法，在域控制器 (ZCU) 內嵌入多個(gè)較小的 DC-DC 轉換器。
使用單獨的主配電單元 (PDU) 和 ZCU 時(shí)，電力從電源流過(guò) PDU 和 ZCU，然后到達特定區域內的各個(gè)負載。PDU 位于ZCU 之前， 通常還直接為大電流負載供電。ZCU 則負責為車(chē)輛指定區域內的大多數負載分配電力。
目前市場(chǎng)上主要有兩種方法：
? 一體式 PDU 和 ZCU：第一種方法將 PDU 和 ZCU 功能集成在單個(gè)模塊中。
? 分離式 PDU 和 ZCU：第二種方法使用獨立的 PDU 和 ZCU 單元。這段概述闡明了低壓電源網(wǎng)在車(chē)輛區域控制架構中的作用。下面的框圖直觀(guān)地呈現了該電力流及不同的實(shí)現方案
這段概述闡明了低壓電源網(wǎng)在車(chē)輛區域控制架構中的作用。下面的框圖直觀(guān)地呈現了該電力流及不同的實(shí)現方案。
系統描述
電動(dòng)汽車(chē)電力流：聚焦能效
電動(dòng)汽車(chē)的運行離不開(kāi)高效的能量流管理。我們可以從三個(gè)主要方面進(jìn)行分析：電力的產(chǎn)生、轉換和消耗。優(yōu)化這些階段是盡可能增加行駛里程和降低每公里能源成本的關(guān)鍵。
MHEV 引入了 48 V 系統，48 V 電源由起動(dòng)發(fā)電機產(chǎn)生。在當今的 BEV 中， DC-DC 轉換器將高壓電池的電壓降至較低水平，此轉換過(guò)程可以通過(guò)一個(gè)較大的轉換器集中進(jìn)行，也可以通過(guò)多個(gè)較小的轉換器分布式進(jìn)行，就像區域控制架構一樣。
? 需應對的挑戰是如何在全車(chē)中高效分配電力，同時(shí)盡量減少線(xiàn)束和電纜的重量。
? 車(chē)輛內的負載會(huì )消耗電力。因此，從系統中的最大負載開(kāi)始， 大功率負載預計會(huì )遷移至 48 V。
? 自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要更多電力來(lái)驅動(dòng)中央計算單元、先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS) 和基于 AI 的復雜方案。
表 1：兩種電池類(lèi)型的電力產(chǎn)生和轉換。
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