自1960年代以來(lái)，汽車的低壓電網(wǎng)一直采用12V電氣系統(tǒng)，沿用至今。

特斯拉在2023年底發(fā)布的Cybertruck首先采用了48V低壓電網(wǎng)架構(gòu)，取消了12V電池，并宣稱后續(xù)車型都會(huì)往48V演進(jìn)，將48V帶入大眾視野。究其原因，還是因?yàn)檩o助駕駛(更多的傳感、冗余備份)，線控底盤及“移動(dòng)生活空間”相關(guān)的信息娛樂(lè)舒適功能(冰箱、彩電、沙發(fā)、主動(dòng)懸架等)的應(yīng)用，車輛平均功耗逐年增加(圖1)。

從配電角度看，提高低壓電源的電壓勢(shì)在必行，否則傳統(tǒng)12V電網(wǎng)很快就會(huì)到達(dá)極限的3kW-4kW，無(wú)法滿足相關(guān)應(yīng)用需求。

圖1：低壓電網(wǎng)功率需求演進(jìn)圖(引自博世電網(wǎng)白皮書:為未來(lái)移動(dòng)出行升級(jí)下一代整車電網(wǎng)(Powernets))

成本及演進(jìn)方式分析

48V系統(tǒng)有眾多好處，不僅可以提高低壓電網(wǎng)的整體功耗，實(shí)現(xiàn)更多的大功率功能應(yīng)用，還能幫助整車節(jié)省線束線徑、減重和提升整車效率，從而帶來(lái)一定程度降本。但當(dāng)前48V產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，可用的芯片主要集中在電源、驅(qū)動(dòng)、配電等方面，芯片種類有限。芯片和負(fù)載可用性較低，短期內(nèi)對(duì)整車技術(shù)和成本的挑戰(zhàn)較大。

圖2基于某中端車型進(jìn)行了成本預(yù)估。假設(shè)該車型使用混合配電架構(gòu)，即一級(jí)配電使用傳統(tǒng)保險(xiǎn)，二級(jí)配電通過(guò)區(qū)域控制器實(shí)現(xiàn)電子配電。同時(shí)該車上大部分50W以上低壓負(fù)載從12V升級(jí)為48V，其余保持12V不變?？梢钥闯?，短期內(nèi)整車成本增加較多。

圖2 48V整車短期成本增加

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，48V零部件的成本會(huì)逐漸降低，整車整體的成本也會(huì)相應(yīng)下降，但這也并不意味著所有負(fù)載都需要變成48V。對(duì)于部分低功率負(fù)載，通過(guò)轉(zhuǎn)換成48V減少線束成本和提高效率帶來(lái)的收益并不明顯，因此可以僅將帶來(lái)較大收益的負(fù)載變?yōu)?8V，其余負(fù)載維持12V不變，通過(guò)內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。所以在不同的階段，基于48V芯片和負(fù)載的可用性情況，相應(yīng)的電網(wǎng)形態(tài)會(huì)有所不同，如圖3所示。

圖3 48V低壓電網(wǎng)演進(jìn)方式示例

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于不同的車型，48V并不一定是優(yōu)于12V的解決方案，須明確相應(yīng)車型電網(wǎng)架構(gòu)變更的真正驅(qū)動(dòng)力，才能帶來(lái)更好的商業(yè)收益。

影響分析

轉(zhuǎn)換成48V對(duì)傳統(tǒng)控制器、執(zhí)行器影響較大，圖4以聯(lián)合電子批產(chǎn)的某個(gè)區(qū)域控制器為例進(jìn)行了相關(guān)分析。假設(shè)該區(qū)域控制器驅(qū)動(dòng)/配電端50W(電流>4A)以上的主要負(fù)載都轉(zhuǎn)換成48V，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選型、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、工廠生產(chǎn)整個(gè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都需要更新升級(jí)，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本增加，相應(yīng)的變更及影響如下：

圖4 48V區(qū)域控制器示例

• 硬件層面的電源轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)和通信等芯片需要升級(jí)，同時(shí)需要增加內(nèi)部48V/12V DCDC及考慮電壓隔離和散熱設(shè)計(jì)；

• 軟件層面，對(duì)應(yīng)的電源芯片、 I/O驅(qū)動(dòng)需要重新開(kāi)發(fā)，相應(yīng)的基礎(chǔ)診斷、通信代碼需要適配，48V轉(zhuǎn)12V DC/DC軟件需要重新開(kāi)發(fā)；

• 結(jié)構(gòu)方面，外殼和連接器需重新考慮耐腐蝕和爬電間距重新設(shè)計(jì)，此外外殼可能需要升級(jí)成金屬；

• 實(shí)驗(yàn)方面，EMC、電性能和耐久均有差異，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)負(fù)載箱及測(cè)試設(shè)備需升級(jí)；

• 工廠的刷新和測(cè)試工位的供電設(shè)備需要升級(jí)。

對(duì)于48V控制器，聯(lián)合電子在48V輕混車上擁有豐富的開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證及批產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)(MHEV 48/12V DCDC, 48V BMS)。面對(duì)新架構(gòu)下的48V其他產(chǎn)品需求，也有著豐富的系統(tǒng)、軟件、硬件技術(shù)儲(chǔ)備，能夠?yàn)榭蛻籼峁└咝Ы鉀Q方案，加速48V產(chǎn)品在新架構(gòu)中的可靠落地與規(guī)模化應(yīng)用。目前聯(lián)合電子已擁有區(qū)域控制器ZECU，智能電網(wǎng)管理模塊PNG，車載計(jì)算平臺(tái)VCP等產(chǎn)品。

圖5 48V區(qū)域控制器