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  • 梅赛德斯-奔驰的微混动力 48V电机系统解析

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      近几年来,一种新的混合动力系统变得普及起来,以梅赛德斯-奔驰为代表的德国汽车品牌纷纷将其引入旗下的主力车型,这种系统就是48V电机系统。梅赛德斯-奔驰已经在S级、CLS级、C级等车型上引入了这套系统,国产的梅赛德斯-奔驰C 260 L 运动轿车和C 260 运动轿车也装备了这套系统,未来更是会推广到所有车型。那么,48V电机系统到底是做什么用的?它是如何发展来的?它的主要特色是什么?未来前景如何?

      

      在理解48V电机系统之前,我们要讲一个概念:Mild hybrid,可以翻译成弱混或者微混,与之对应的就是像丰田普锐斯

      

      那样的传统混合动力车,即可提供一定纯电动续航里程的强/中混、插混车型,48V电机系统正是当前最主流的微混系统。它使用的电池组容量较低,电机功率也不高,通常只有十数千瓦,但这套系统可以让汽车在一些工况下不启动发动机,比如滑行、制动和停止时,也能利用制动过程以充电方式回收动能。

      

      在2009年发布的奔驰S 400 Hybrid也是一款微混车型,它也是最早采用锂离子电池组的混合动力车型,虽然以3.5升V6发动机为动力,但综合百公里油耗仅有7.9升。不过,这款车的微混系统并非48V电机系统,它的三相电机采用120V电压,还需经过直流-直流转换器变成12V电才能为大部分车载电器供电。

      

      可见,弱混能起到降低油耗的作用。其实,最早的弱混还用到了42V系统(以通用汽车为代表),最早可追溯到1990年,并形成了一些标准,还在2000年左右投放市场。直到2011年6月,戴姆勒、宝马、保时捷、大众联合推出48V系统,同年发布了48V技术规范LV148,48V系统才演变为主流,之后,沃尔沃、捷豹路虎、三菱等也加入进来。

      

      48V电机系统的实际组成件主要包括直接/直流转换器、逆变器(直流/交流转换器)、48V电池组、电机/发电机等零部件,目前主要的供应商有博世、大陆、舍弗勒、江森自控、德尔福等。下图是德尔福的48V电机系统的结构示意图,可以看出是采用48V总线与传统12V总线共存的技术方案。

      

      为什么要推出48V电机系统呢?前面已经说过,这套微混系统确实能起到降低油耗的作用。由于欧洲将在2021年公布下一轮汽车排放指标,肯定比现在更严格,预计只有大量销售纯电动和混动车型才能满足,所以必须转向混合动力。更重要的是,48V系统不需要较大成本的高压线路防护,因而绕开了高压混动系统(200-600V)最为讨厌的电气安全难题,从而降低了系统成本。可以说,48V电机系统是当前市场性价比最高的降油耗技术方案。

      

      据有关统计,装备一套48V电机系统会带来800-1000美元的成本增量,但相比同样动力、排放水准的柴油车型,48V电机系统可以让整车的实际成本降低600-1000美元。只是由于锂离子电池组的容量较低,所匹配的电动机的功率也不高,这套系统不能单独驱动车轮,也就是无法提供纯电动行驶能力。

      

      48V电机系统的主要部件是电机/发动机与电池组,在降成本方面也有一些成果。比如博世开发的48V锂离子电池组,可以不需要主动冷却系统,并且只需要塑料封盖就行,而不需要一般电池组所使用的金属封盖。博世是许多车企的主要供应商。

      

      下面回到梅赛德斯-奔驰车上的48V电机系统,目前它已经用在了奔驰C 200、C 260、CLS 350、CLS 450、GLE 450、S 450、S 500和奔驰-AMG CLS 53、GT 53、E 53等车型上。在2018款奔驰S级上,它与3.0升直六发动机一起构成微混系统,可以用48V系统为电子涡轮、油泵、气泵、空调压缩机、水泵、启动电机等提供动力。

      

      由于ISG的存在,像水泵、空调压缩机这样功率较大的设备可以由ISG驱动,而不像普通车辆那样必须依靠发动机的运转,这样的话,可延长车辆停止时(如等红灯)发动机停止运转的时长,从而降低整车能耗。ISG较大的功率也能让发动机再启动时更加快速,令人觉得启动时更安静、平顺。另外,当电池组充电足够时,在下坡路段,或判断需停止前就能关闭发动机,也就是实现了滑行模式。

      

      48V电机系统的存在,还有一个好处就是可以将怠速转速调得更低一些,在奔驰S级上最低只有520转/分,而一般车辆是600-800转/分。怠速转速低至少有两个好处,一是消耗的燃油更少,二是车辆的震动更轻微,令人觉得更舒适。另外,48V电机系统令奔驰S 500以直六发动机获得了堪比V8发动机的动力水平,百公里加速只需4.8秒。据奔驰官方数据,这套系统相比它所取代的4.0升双涡轮增压V8发动机,燃油效率增加了22%。

      

      不过,在梅赛德斯-奔驰C 260 L 运动轿车和C 260 运动轿车上使用的48V电机系统是依托RSG构建的,也就是以带传动的大功率启动电机/发电机为基础,但它所带来的好处与在奔驰S级上基本相同。由于其装备的新款M264 1.5升直四发动机采用的是双涡流技术,因此也没有装备电子涡轮增压器,但整车动力水平仍然处于同级别领先地位。

      

      与前面奔驰S级一样,48V电机系统也为奔驰C级带来了“行驶静、启动加速顺、油耗省”的三大优势。“静”是因为电机功率更大,它可以在一些情况下代替发动机供能给车载电器,可以让发动机完全关闭,从而像电动车一样安静;“顺”是因为大功率电机可以更轻松、快速地启动发动机,在冷启动、启停、加速时都会更轻快,而匹配的9挡自动变速器也令动力传输更平顺;“省”是因为微混系统可以更合理地利用发动机的运转,在比较费油的冷启动、低速阶段依靠电机辅助。

      

      面对更加严格的排放规定,为追求更经济的油耗,再加上对于制造成本的考量,众多车企转向了48V电机系统。可以说,这种微混的油电混动是当前最主要的发展趋势。据德国大陆集团的预估,48V电机系统将在未来几年内快速发展,在2020年占有全部汽车市场份额的4%,而在2030年更是能达到22%的份额。事实上,曾经被欧洲追捧的柴油动力已经在转向以48V电机系统为代表的微混动力,奔驰也将全面采用这套行之有效的动力系统。

      

      

      

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