汽車(chē)48V電池系統關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢盤(pán)點(diǎn)

近日，日立公司針對中混動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)出了適合小排量車(chē)型的高動(dòng)力輸出的48V鋰離子電池組，由于其系統兼備良好的降低油耗效果和較高的性?xún)r(jià)比，有望在中國和歐洲普及。目前市場(chǎng)上的48V系統主要用于微混和弱混合動(dòng)力汽車(chē)，此次日立開(kāi)發(fā)的鋰離子電池組進(jìn)一步開(kāi)拓了48V系統在混動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應用。

48V系統的概念

為了更有效的節能減排，提高燃油經(jīng)濟性，人們在發(fā)動(dòng)機本身改造與換一套全新的動(dòng)力系統之間，找到了一個(gè)新的系統，就是混合動(dòng)力系統?，F在普遍應用的是油電混合系統，即在汽柴發(fā)動(dòng)機的車(chē)上，再加上一個(gè)電動(dòng)機，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機一起工作。最初的微混系統是在傳統內燃機上的啟動(dòng)電機(一般為12V)上加裝了皮帶驅動(dòng)啟動(dòng)電機(BSG)，該電機為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機，用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機的怠速，降低了油耗和排放，也就是所說(shuō)的12V微混系統，具有自動(dòng)啟停的功能。

48V系統是對12V微混自動(dòng)啟停系統的改進(jìn)，該系統電壓為48V，用能量小于一度電的功率型鋰離子電池代替傳統的鉛酸電池，用BSG電機代替傳統的啟動(dòng)電機和發(fā)電機，相當于一個(gè)增強版的自動(dòng)啟停系統，除了自動(dòng)啟停的功能之外，還能夠在必要的時(shí)候，提供輔助動(dòng)力。

48V系統的來(lái)源

48V系統的概念最早來(lái)源于2011年德國的幾個(gè)整車(chē)廠(chǎng)商包括奧迪、寶馬、戴姆勒、保時(shí)捷和大眾聯(lián)手推出的并制定了LV148標準。2013年6月，歐盟批準了2020年二氧化碳排放標準，該標準要求到2020年新車(chē)平均二氧化碳排放水平控制在95克/公里;歐洲汽車(chē)制造廠(chǎng)商如果將來(lái)不能滿(mǎn)足有關(guān) CO2排放量限制的要求，將面臨每車(chē)每超每克最高95歐元的罰款。這種強制性的標準促使整車(chē)廠(chǎng)和零部件供應商從不同技術(shù)路線(xiàn)降低車(chē)輛的油耗，48V系統因其增加有限成本能顯著(zhù)節能減排的優(yōu)勢，成為業(yè)界內人士關(guān)注的焦點(diǎn)。

48V系統的優(yōu)勢及關(guān)鍵技術(shù)

英飛凌公司認為48V系統的發(fā)展是基于以下幾點(diǎn)：

12V啟停雖然低成本，但是CO2減排有限;

高壓混合動(dòng)力減排多，但是系統成本增加較多;

48V以接近12V啟停系統的成本;

提供接近高壓混合動(dòng)力技術(shù)的性能;

CO2 減排最多可達15%甚至更多;

系統成本目標是小于1000歐元;

可提供除動(dòng)力系統以外的負載以更高級更節能的設計。

相對于12V微混系統的優(yōu)勢，德?tīng)柛Ｅ煽藖喬珔^新能源產(chǎn)品經(jīng)理洪英林給我們舉了一個(gè)例子：“比如說(shuō)空調，傳統汽車(chē)在等紅燈的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機處于怠速，皮帶驅動(dòng)的空調壓縮機可以繼續工作，空調照樣制冷。但是對于有啟停功能的車(chē)來(lái)說(shuō)，等紅燈時(shí)需要轉換到電動(dòng)空調，不然乘客就要忍受等紅燈或堵車(chē)的時(shí)候沒(méi)有空調的環(huán)境。一個(gè)電動(dòng)空調壓縮機的功率最低要2.5kw，如果用12V供電，電網(wǎng)就難以承受，用48V就沒(méi)有問(wèn)題了。此外48V一側還可以給主動(dòng)懸架，電動(dòng)轉向，電動(dòng)暖風(fēng)等供電。”

目前日本市場(chǎng)上的主流是配置100V以上高電壓型電池的強混動(dòng)力汽車(chē)，采用的是100V以上的鋰離子充電電池模組，雖然能使混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)大幅提高燃油效率，但專(zhuān)用元件和耐壓元件成本高。使用48V系統也會(huì )增加成本，但是相對于純電動(dòng)汽車(chē)或強混汽車(chē)的成本來(lái)說(shuō)，48V系統可節省成本 40%~60%，而且48V鋰離子充電電池模組還能提高10～15%的燃油效率。

48V系統規格的關(guān)鍵之一在于鋰離子電池技術(shù)，鋰離子電池技術(shù)可提供較鉛酸化學(xué)電池更高(3倍)的能量密度，尺寸、重量等方面降低。48V鋰離子電池的充電性能更佳，能夠更有效率地存儲汽車(chē)制動(dòng)回收能量，為汽車(chē)中所需越來(lái)越多的電子負載(如前排座椅加熱、可加熱式擋風(fēng)玻璃、后避震器)提供更多功率。

48V鋰離子電池系統的應用現狀

48V系統的關(guān)鍵之一是鋰離子電池技術(shù)，鋰離子電池相比于鉛酸電池和鎳氫電池具有較高的能量密度和較好的充放電性能。鋰離子電池單體電壓高達 3.7V，為了達到電動(dòng)汽車(chē)使用的電壓要求，就需要將單體電池進(jìn)行串并聯(lián)組成電池組，以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)使用時(shí)需要的高能量高功率條件。一般情況下，汽車(chē)電源系統會(huì )將電池組看作單個(gè)電池，在汽車(chē)行駛啟停的過(guò)程中，整個(gè)電池組進(jìn)行著(zhù)頻繁的充電和放電過(guò)程。電池組是由單體組成的，在出廠(chǎng)前并不能保證電池單體絕對的一致性，如果電池組中的一個(gè)電池經(jīng)過(guò)多個(gè)充電/放電周期后，其充電狀態(tài)不能周期性地與其它電池平衡，最終會(huì )進(jìn)入深度放電狀態(tài)，從而導致?lián)p壞，并最終形成電池組故障，因此我們就需要電池檢測系統(BMS： Battery Management System)來(lái)監視測量電池組和單個(gè)電池的整體情況，包括電壓、電流、荷電狀態(tài)等，以及時(shí)更換單體電池以延長(cháng)電池組的續航能力和使用壽命。

此次日立新開(kāi)發(fā)的48V鋰離子電池組是將BMS基板、電池單體、繼電器、保險絲組裝載于同一箱體內，可組裝性強、可靠性高，這種電池組能夠在車(chē)輛加速、減速，以及制動(dòng)時(shí)能量再生供應等各種情況下，支持混合動(dòng)力車(chē)型發(fā)動(dòng)機和電機的高效運轉。

目前市場(chǎng)上的48V鋰離子電池組一般由12~13個(gè)單體電池組成，多用于小型純電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域如電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)等，還有電動(dòng)工具等方面;主要的車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)廠(chǎng)商有中航鋰電，中信國安盟固利和萬(wàn)向集團等。

在混動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，48V鋰離子電池組系統主要應用在微混或弱混動(dòng)力系統，處于研發(fā)和限量生產(chǎn)水平。在開(kāi)發(fā)更加節能的汽車(chē)產(chǎn)品的要求下，車(chē)企巨頭正在紛紛開(kāi)發(fā)采用48V自動(dòng)啟停系統的汽車(chē)產(chǎn)品。全球領(lǐng)先行業(yè)研究機構IHS發(fā)布報告稱(chēng)，到2025年，48V輕度混動(dòng)車(chē)將占到全部混動(dòng)車(chē)的一半以上，95%的輕度混動(dòng)車(chē)將采用48V方案。

此次日立開(kāi)發(fā)的48V鋰離子電池組可以應用到中度混合電動(dòng)車(chē)上，具有更高的輸入功率和輸出功率，而且電池單體在耐低溫方面性能卓越，輸出密度是以往日立電池單體的1.5倍，兼備良好的降低油耗效果和較高的性?xún)r(jià)比，為中混汽車(chē)在中國和歐洲的普及起到了推動(dòng)作用。