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48V轻混系统将成主流,2025年装车量达1100万辆

电动化已经成为全球新能源汽车发展的必然趋势。目前,以纯电动、插电混动为主的新能源汽车总体占比已经达到了50%以上。其中,纯电动车型占到了狭义新能源车总量的68%,也就是2/3纯电动,1/3插电混动。中国乘用车市场联席会秘书长崔东树认为转型新能源汽车,对中国而言是重要的新机遇点。尤其是在中国整个产业链呈现整车强、零部件弱的特点,且国家又有强大电力体系支撑的背景下更是如此。

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图1:2019-2027年xEV市场展望(来源:IHS Markit)Nswesmc

另据国际能源署发布的《2020年全球电动汽车展望》,2019年,全球电动汽车销量达到了210万辆,上路总数增加到了720万辆。然而,即使同比增长40%,电动汽车仅占全球汽车市场的1%和全球汽车销售的2.6%,其余都是内燃机(ICE)汽车,减少二氧化碳排放和遵守政府法规的需要,促使汽车制造商开始纷纷推出48V轻度混合动力(MHEV)车型。Nswesmc

为什么是48V轻混?

2021年,欧盟开始将二氧化碳排放量限制在95克/公里,并计划到2030年将其进一步限制在59克/公里或以上。此外,中国、印度、加拿大和英国等国家也宣布了在未来几十年逐步淘汰ICE车辆的目标。即便是在当前,中国国家强制标准要求新车每百公里油耗不得超过5.0L,也成了众多传统车厂不得不直面的一道坎。Nswesmc

目前看来,单靠提高发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能的,而完全转向纯电动车,不仅受限于当前电池技术无法解决续航和成本问题,还意味着弃置原有燃油车产线、人才、技术等资源,造成极大浪费。Nswesmc

这种情况之下,系统成本较低、节油效果相对明显、对现有整车结构改变不大的48V轻混系统成为产业新热点,从德系三强奥迪、宝马、奔驰到国内吉利、比亚迪、长城等多家车厂,以及德尔福、大陆、博世等一级供应商都是其拥趸,甚至一直以强混称霸市场的日系车企也都已有所动作。兜兜转转多年之后,48V轻混系统从被忽视、放弃又重回市场、渐成主流。Nswesmc

在最新的车企新闻中,奔驰AMG C43、奔驰GLC、宝马X5、国产新沃尔沃S60/XC60、上汽通用新款昂科威、别克GL6、凯迪拉克XT5&XT6 2021款、全新标致308、马自达CX-3、奥迪S6、WEY全新SUV摩卡、红旗H5等车型均配备48V轻混系统。Nswesmc

48V轻混系统,严格来说其实是对传统燃油车进行更深入的电气化改造,即在原有的动力基础上,增加一个48V锂离子电池、一个集成式起动发电机(ISG)或带式起动发电机(BSG),以及一个用于48V与12V电压之间转换的双向电压控制器(DC/DC)。Nswesmc

ADI公司相关人士表示,为提高系统兼容性,降低推广难度,配备48V轻混系统的汽车将同时搭载48V高压电池系统和12V低压电池系统,能提供高达10kW的可用能量,其中12V总线继续负责处理如照明、点火、娱乐信息系统等传统负载,48V总线将支持主动式底盘系统、空调压缩机、可调悬挂以及电子增压机/涡轮增压机供电,还支持再生制动。德尔福、博世以及法雷奥的宣传资料均显示,48V轻混系统仅需要高压混动系统30%的成本,即可达到其70%的效果,性价比非常高。Nswesmc

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图2:某Tier 1大厂48V轻混系统示意图Nswesmc

具体而言,相对12V、24V或60V系统,48V轻混系统有着如下优势:Nswesmc

1. 相对于12V系统,电压升高,同功率下电流更低、损耗更小,同时对线束的要求更低,更适应整车轻量化趋势;Nswesmc

2. 相比高压混动系统,最高电压低于60V的安全电压,无需额外的电压防护,成本优势更大;Nswesmc

3. 传统依靠发动机来负载的空调压缩机、冷却水泵等设备可调至电池来负载,从而有效降低发动机的负荷,并且在发动机关闭的情况下,负载仍可继续工作,更为节能;Nswesmc

4. BSG/ISG技术和ISG技术可助力进一步缩小发动机的体积,进而降低排放,且利用电动涡轮替代机械涡轮,还能进一步提高发动机的效率。Nswesmc

MHEV市场趋势展望

IHSMarkitAutomotive定义的轻混(MHEV)其实要比市面上常见的48V略微广泛,包括12V、48V以及24V轻混。举例来说,12V的轻混,如奥迪新上市的A4和A6,采用2.0T轻混的技术路线,在IHSMarkitAutomotive的数据库中,该款车型就归类为MHEV。而24V的轻混,则主要以马自达为代表。Nswesmc

图3图4分别显示了2019-2027年MHEV市场,以及MHEV P0-P4车型电动机功率和电池容量的发展趋势。可以看出,欧洲和中国OEM厂商对MHEV车型最为青睐,而P0级则以68%的市场份额占据绝对优势。Nswesmc

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图3:2019-2027年MHEV市场发展趋势预测(来源:IHS Markit)Nswesmc

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图4:MHEV P0-P4车型电动机功率和电池容量发展趋势(来源:IHS Markit)Nswesmc

对于不同的技术路线,尤其是不插电情况下,IHSMarkitAutomotive大中华区轻型车动力系统及合规分析师方杰以“附加成本”作为基础评价指标,比较了主流的12伏到48伏,再到高压的技术方案。Nswesmc

所谓的“附加成本”,指的是对比于纯ICE车辆,从12V启停、48V P0、48V P1、48V P2,再到高压P2以及高压双电机DHT,分别所增加的物料成本。然后再通过节油率指标来进行衡量,节油率也是对比于纯ICE车辆而言,例如48V P0,预计它的附加成本,以2025年为例,可能增加2700元人民币,其带来的节油率是10%左右,从而计算出性价比,即每实现1%的节油率,成本为270元。采取这样的对比思路,参考图5右侧图表(横轴为节油率,纵轴为对应的附加成本)可以发现,从发动机启停,到较高层次的双电机DHT混动方案,附加成本与节油率之间基本呈现近似直线的正比关系。Nswesmc

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图5:从12V到高电压,MHEV车型附加成本与节油率之间基本呈现近似直线的正比关系(来源:IHS Markit)Nswesmc

那是否可以完全定义为线性或是正比关系呢?方杰以图6所示为例称,如果横轴还是节油率,把纵轴改成性价比,即附加成本除以节油率,可以看到,性价比并不是完全不变的。准确的说,是在发动机启停到48V P2这一区间内,性价比越来越低,48V P2之后,其性价比开始逐渐持平。Nswesmc

换而言之,如果纯粹追求性价比的话,到2025年,发动机启停其实性价比最高,但是启停的节油率远远满足不了2025年单车油耗的目标值。那么,综合考虑性价比和节油率,方杰认为48V P2及以上的混动路线在中长期来看非常值得推荐,但具体采用哪种方案,主要还将取决于OEM的技术储备以及国家政策法规(例如新增的低油耗车型定义)的影响。Nswesmc

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图6:MHEV车型性价比并非完全不变Nswesmc

关于48V系统的5种传言

尽管前文列举了不少48V MHEV汽车的优势,但考虑到市场上仍然存在着不少认知误区。日前,德州仪器(TI)混合动力、电动汽车和动力总成系统负责人Karl-Heinz Steinmetz亲自撰文,就五个最为典型的认知误区逐一进行了回复。Nswesmc

误区一:48伏MHEV市场不可能再扩大了Nswesmc

德勤《2020年全球汽车消费者研究》(Global Automotive Consumer Study)显示,印度10%的潜在买家和德国43%的汽车买家不愿意为电动汽车支付更多的费用。但48伏MHEV恰好可以在解决里程焦虑的同时不增加太多成本,从而使消费者更愿意接近电动化未来。Nswesmc

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图7:不愿意为自动驾驶技术和替代发动机技术再付钱的消费者百分比Nswesmc

误区二:原始设备制造商在向电动汽车发展的过程中会跳过48VNswesmc

麦肯锡公司在其题为《REBOST:对不断变化的动力总成部件市场和供应商如何取得成功》的报告中预测,到2030年,电动汽车充电基础设施需要累计投资500亿美元(不包括电网升级),才能支持插电式混合动力汽车和电动汽车当前的增长幅度。大多数OEM厂商都采用48V系统,因为它们只需要在车辆结构上进行一步改变,而内燃机车需要昂贵的重新设计,才能成为电池驱动的电动汽车。Nswesmc

误区三:48伏系统将使汽车更加昂贵Nswesmc

尽管包括额外电池在内的新部件成本较高,但其他方面仍有节省,包括:Nswesmc

减少近4公里的电缆和线束重量,因为相比12V,48伏允许更小的线规。 48V电动泵、风扇、动力转向齿条和压缩机的效率更高,从而降低了成本。 与PHEV和BEV相比,48V系统电池容量小,电池成本更低。 在保持性能的同时,用更小、成本更低的四缸发动机替换六缸发动机。 此外,还可以通过设计来管理MHEV的成本——从成本最低的P0架构(从附件传送带运行)到紧密集成的P4架构(电动机直接向车轴施加扭矩)。Nswesmc

误区四:48伏系统将取代12伏系统Nswesmc

MHEV可能会继续通过DC/DC转换器将传统的12V电池连接到48V系统上。在当前的设计中,48V系统将处理来自扭矩辅助的负载,并有助于减少启动时间,而12V系统则继续控制发动机、变速箱、处理主动安全和信息娱乐功能,从而将重新设计和相关成本降到最低。最终,高端汽车制造商将完全转向48伏系统,但这可能需要10至15年的时间。Nswesmc

误区五:世界现在只需要纯电动汽车Nswesmc

尽管纯电动汽车目前可卖给愿意和有能力更换的消费者使用,但MHEV提供了一条增加交通电气化的途径。这是一条有助于解决成本、里程和环境问题的途径,同时继续利用现有的规模经济和客户期望。Nswesmc

结语

根据IHS Markit的预测,2025年48V轻混系统全球装车辆将达到1100万辆,在混动车中占据超过半壁江山;而在中国市场上,随着新能源补贴加速退坡,48V轻混系统将更早成为混动系统中的主流。Nswesmc

不过,尽管48V轻混系统改装方便,但由于48V/12V的高压差以及功率传输方式的变化,其对电源系统提出了新的挑战,尤其是如何在保持与12V系统相似的转换效率、低EMI和小尺寸的前提下,还要完全符合汽车安全完整性等级ASIL D的系统级功能安全性,实现ISO26262所要求的设计,并具备出色的恶劣条件耐受性,都是对工程技术人员提出的挑战。Nswesmc

原创
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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