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  • 梅賽德斯-奔馳的微混動力 48V電機系統解析

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      近幾年來,一種新的混合動力系統變得普及起來,以梅賽德斯-奔馳為代表的德國汽車品牌紛紛將其引入旗下的主力車型,這種系統就是48V電機系統。梅賽德斯-奔馳已經在S級、CLS級、C級等車型上引入了這套系統,國產的梅賽德斯-奔馳C 260 L 運動轎車和C 260 運動轎車也裝備了這套系統,未來更是會推廣到所有車型。那么,48V電機系統到底是做什么用的?它是如何發展來的?它的主要特色是什么?未來前景如何?

      

      在理解48V電機系統之前,我們要講一個概念:Mild hybrid,可以翻譯成弱混或者微混,與之對應的就是像豐田普銳斯

      

      那樣的傳統混合動力車,即可提供一定純電動續航里程的強/中混、插混車型,48V電機系統正是當前最主流的微混系統。它使用的電池組容量較低,電機功率也不高,通常只有十數千瓦,但這套系統可以讓汽車在一些工況下不啟動發動機,比如滑行、制動和停止時,也能利用制動過程以充電方式回收動能。

      

      在2009年發布的奔馳S 400 Hybrid也是一款微混車型,它也是最早采用鋰離子電池組的混合動力車型,雖然以3.5升V6發動機為動力,但綜合百公里油耗僅有7.9升。不過,這款車的微混系統并非48V電機系統,它的三相電機采用120V電壓,還需經過直流-直流轉換器變成12V電才能為大部分車載電器供電。

      

      可見,弱混能起到降低油耗的作用。其實,最早的弱混還用到了42V系統(以通用汽車為代表),最早可追溯到1990年,并形成了一些標準,還在2000年左右投放市場。直到2011年6月,戴姆勒、寶馬、保時捷、大眾聯合推出48V系統,同年發布了48V技術規范LV148,48V系統才演變為主流,之后,沃爾沃、捷豹路虎、三菱等也加入進來。

      

      48V電機系統的實際組成件主要包括直接/直流轉換器、逆變器(直流/交流轉換器)、48V電池組、電機/發電機等零部件,目前主要的供應商有博世、大陸、舍弗勒、江森自控、德爾福等。下圖是德爾福的48V電機系統的結構示意圖,可以看出是采用48V總線與傳統12V總線共存的技術方案。

      

      為什么要推出48V電機系統呢?前面已經說過,這套微混系統確實能起到降低油耗的作用。由于歐洲將在2021年公布下一輪汽車排放指標,肯定比現在更嚴格,預計只有大量銷售純電動和混動車型才能滿足,所以必須轉向混合動力。更重要的是,48V系統不需要較大成本的高壓線路防護,因而繞開了高壓混動系統(200-600V)最為討厭的電氣安全難題,從而降低了系統成本。可以說,48V電機系統是當前市場性價比最高的降油耗技術方案。

      

      據有關統計,裝備一套48V電機系統會帶來800-1000美元的成本增量,但相比同樣動力、排放水準的柴油車型,48V電機系統可以讓整車的實際成本降低600-1000美元。只是由于鋰離子電池組的容量較低,所匹配的電動機的功率也不高,這套系統不能單獨驅動車輪,也就是無法提供純電動行駛能力。

      

      48V電機系統的主要部件是電機/發動機與電池組,在降成本方面也有一些成果。比如博世開發的48V鋰離子電池組,可以不需要主動冷卻系統,并且只需要塑料封蓋就行,而不需要一般電池組所使用的金屬封蓋。博世是許多車企的主要供應商。

      

      下面回到梅賽德斯-奔馳車上的48V電機系統,目前它已經用在了奔馳C 200、C 260、CLS 350、CLS 450、GLE 450、S 450、S 500和奔馳-AMG CLS 53、GT 53、E 53等車型上。在2018款奔馳S級上,它與3.0升直六發動機一起構成微混系統,可以用48V系統為電子渦輪、油泵、氣泵、空調壓縮機、水泵、啟動電機等提供動力。

      

      由于ISG的存在,像水泵、空調壓縮機這樣功率較大的設備可以由ISG驅動,而不像普通車輛那樣必須依靠發動機的運轉,這樣的話,可延長車輛停止時(如等紅燈)發動機停止運轉的時長,從而降低整車能耗。ISG較大的功率也能讓發動機再啟動時更加快速,令人覺得啟動時更安靜、平順。另外,當電池組充電足夠時,在下坡路段,或判斷需停止前就能關閉發動機,也就是實現了滑行模式。

      

      48V電機系統的存在,還有一個好處就是可以將怠速轉速調得更低一些,在奔馳S級上最低只有520轉/分,而一般車輛是600-800轉/分。怠速轉速低至少有兩個好處,一是消耗的燃油更少,二是車輛的震動更輕微,令人覺得更舒適。另外,48V電機系統令奔馳S 500以直六發動機獲得了堪比V8發動機的動力水平,百公里加速只需4.8秒。據奔馳官方數據,這套系統相比它所取代的4.0升雙渦輪增壓V8發動機,燃油效率增加了22%。

      

      不過,在梅賽德斯-奔馳C 260 L 運動轎車和C 260 運動轎車上使用的48V電機系統是依托RSG構建的,也就是以帶傳動的大功率啟動電機/發電機為基礎,但它所帶來的好處與在奔馳S級上基本相同。由于其裝備的新款M264 1.5升直四發動機采用的是雙渦流技術,因此也沒有裝備電子渦輪增壓器,但整車動力水平仍然處于同級別領先地位。

      

      與前面奔馳S級一樣,48V電機系統也為奔馳C級帶來了“行駛靜、啟動加速順、油耗省”的三大優勢。“靜”是因為電機功率更大,它可以在一些情況下代替發動機供能給車載電器,可以讓發動機完全關閉,從而像電動車一樣安靜;“順”是因為大功率電機可以更輕松、快速地啟動發動機,在冷啟動、啟停、加速時都會更輕快,而匹配的9擋自動變速器也令動力傳輸更平順;“省”是因為微混系統可以更合理地利用發動機的運轉,在比較費油的冷啟動、低速階段依靠電機輔助。

      

      面對更加嚴格的排放規定,為追求更經濟的油耗,再加上對于制造成本的考量,眾多車企轉向了48V電機系統。可以說,這種微混的油電混動是當前最主要的發展趨勢。據德國大陸集團的預估,48V電機系統將在未來幾年內快速發展,在2020年占有全部汽車市場份額的4%,而在2030年更是能達到22%的份額。事實上,曾經被歐洲追捧的柴油動力已經在轉向以48V電機系統為代表的微混動力,奔馳也將全面采用這套行之有效的動力系統。

      

      

      

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