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汽车48V系统广受欢迎,国内外芯片、汽车厂商竞相布局
2023-06-07 23:24:00
在12V平台和高压平台之间,48V电压平台的出现和应用解决了12V电气系统随着汽车电气化水平的逐步升级而无法满足的问题。在中游电机、动力电池、电力转换模块等供应商方面,大陆、博世、德尔福、法雷奥、日立、舍弗勒、海拉、宁德时代等巨头提前进入48V市场抢占份额。
无论是电动车还是非电动车,目前大多采用12V低压电池运行车载显示屏、汽车照明系统、空调机组等电气电子产品。对于电动汽车来说,还有一个专门用于牵引电机的高压电源系统,为驾驶功能提供了足够的动力。
在12V平台和高压平台之间,48V电压平台的出现和应用解决了12V电气系统随着汽车电气化水平的逐步升级而无法满足的问题。随着电力需求的增加,传统12V电气系统的AQV103机器电流强度不断增加,消耗更多,汽车碳排放增加。
这种问题在48V平台的应用中得到了有效的解决。在相同功率下,48V系统的工作电流只有12V系统的四分之一,消耗只有原来的十六分之一,也有助于进一步缩小发动机体积,减少碳排放。
技术发展背景和产业链48V遍布全球
电池在车辆中的应用已有百年历史,在汽车供应链中发挥着重要作用。1950年左右,内燃机排量逐渐增加,向高压缩比方向快速发展。此时,6V电池已经不能满足汽车电子系统的功率要求,电池电压水平逐渐升级到12V。
1988年,SAE建议将汽车电子系统的标准电压提高到42V,但当时需要更换的电气元件很多,风险很大,42V技术并没有得到广泛应用。随着汽车电气化水平的缓慢发展,12V技术最终达到了功率输出极限。2011年,以欧洲制造商为代表的大众、奥迪、宝马等制造商联合推出了48V系统,并发布了技术标准。
在48V产业链上,德国和美国汽车制造商一直是下游汽车制造商的先锋,国内汽车制造商在这一方向上的推广并不缓慢。在中游电机、动力电池、电力转换模块等供应商方面,大陆、博世、德尔福、法雷奥、日立、舍弗勒、海拉、宁德时代等巨头提前进入48V市场抢占份额。上游半导体设备涉及很多,其中最重要的是48VDC/DC转换芯片,这是48V系统的关键。
下游汽车厂加快推进48V系统上车
下游汽车制造商一直是48V系统发展中最有力的领导者,德国和美国汽车制造商作为先锋,一直在大力推动48V电力系统的应用。奔驰、宝马、奥迪、保时捷在48V电气化试验方面做得非常深入。
美国通用、福特和其他制造商在低压系统的高压方向上走得很远。国内汽车公司在这个方向上并没有慢慢推进。比亚迪和吉利是中国48V推广的产业高峰期,一汽、长安、广汽、长城等企业也在密切跟踪48V。
奔驰不久前正式发布,整个系统都进行了电气化升级。除了混合动力模型,整个系统都配备了48V动力装置,大大升级了动力。宝马即将发布的新X5M配备了4.4TV8发动机,也首次为48V轻混添加了动力装置。奥迪今年发布的新一代A4也将标配48V系统。
比亚迪的绿色混合技术已经推出很久了,类似于48V技术。有了大扭矩的电机,可以帮助加速48V低压,大大降低燃油消耗。吉利在推广48V车型方面尽了最大努力,博瑞GE、嘉际、领克都有48V系统的应用。国内品牌如一汽、长安、广汽、长城等也在密切跟踪48V技术。
电机、动力电池供应商提前布局48V占领市场
在中游供应商方面,大陆、博世、德尔福、法雷奥、日立、舍弗勒等与电机相关的国际巨头很早就进入了48V市场,抢占了份额。
大陆集团多年以来一直致力于经济环保的48V电气化的开发研究以及相关的商用化,在48V技术的研究上,大陆集团很早就将48V P0系统的所有零部件完成了优化,在P2到P4系统上也投入了大量的研发精力。在性能上可以做到能够凭借48V的低压电比肩一般厂商所开发高压混动系统,同时也能够实现大功率输出。
在动力总成行业占据榜首的舍弗勒,也是十几年前开始规划48V技术的。舍弗勒的48VP2是国内首个投产的48V系统,也有针对性地提升了发动机,在48V市场占有率很高。
博世的48VBRS系统和48V电池已经广泛应用于世界上许多汽车制造商,包括整套48V电机和电池计划。博世的48V电池可以通过回收制动能给电机供电,然后反向给电池充电。该系统的应用可以有效降低油耗。此前,博世和当代安普瑞斯科技有限公司也宣布共同研发和制造48V电池。
宁德时代早就进入了电池PACK行业的48V技术跑道。宁德时代此前规划了三代48V产品。第一代产品主要完成基本的起停、加速和能量回收。第二代产品注重提高省油减排效率,而第三代产品则提供更好的电气效果,目前正在有序推进。
伴随着48V系统装机量的不断增加,越来越多的厂商将进入这个市场。
48V系统推动DC/DC芯片上游车规上升
有很多与48V技术相关的上游芯片,如电机主控、驱动、收集等,这些都是48V技术应用的关键芯片,但最重要、最受关注的无疑是48VDC/DC转换芯片。在48V系统中,DC作为桥梁连接高压系统和低压系统,DC芯片的转换效率与整车油耗密切相关。
为了提高汽车供电系统的转换效率,半导体制造商还根据其在电源行业的技术优势,先后推出了可用于48V电源系统的DC/DC转换器芯片。TI、ROHM、ADI、瑞萨、英飞凌等其他大厂明确应用于48V电气系统车辆规级DC/DC产品矩阵,国内电源芯片厂商布局车辆规级DC/DC。
比如TI的48VDC/DC转换芯片,可以在6V-120V的宽电压动态范围内进行调节。TI的车型DC/DC芯片集成度很高,有的配备了MOS管,有的配备了变压器,还配备了稳定的通断时间控制功能,可以满足48V汽车电气系统的严格设计要求。
ROHM的DC/DC产品矩阵也十分丰富,对于48V系统有BD9系列DC/DC产品对应,这些芯片采用了ROHM特有的脉冲控制系统,使原本存在矛盾关系的高速响应和高效优势在同一个芯片上得以实现,具有极高的可靠性。
对于48V系统,英飞凌有两种DC/DC解决方案,一个是48V/12V,一个是48V/24V。48V/12V方案里英飞凌可提供一系列种类齐全的高集成度紧凑型系统解决方案,集成收发器SBC电源 IC、MCU、栅极驱动器和大功率 MOSFET,目前有用于大峰值功率为3 kW的48V/12V DC/DC 转换器。而布局48V/24V DC/DC主要是为了应对未来48 V系统需要实现高度自动化的驱动功能,当前这种配置使用的还比较少。
目前国内很多企业都在做DC/DC芯片。从DC/DC的应用方向来看,国内DC-DC半导体企业在车辆规格级别的DC/DC芯片布局上还处于起步阶段,如希微、南芯、杰华特、芯洲等。目前国内48V车辆规格级宽电压类别的DC/DC还很少,都处于起步阶段。目前还不能和国际模拟巨头一概而论,但在一些非48V系统的特定行业已经更换,未来发展前景还是很大的。
总结
随著48V技术的进一步发展和加速上车,48V系统的市场规模将在未来几年大幅扩大,据IHS预测,再两年,48V系统将占车辆的一半以上。一度认为48V电压系统慢慢取代12V的过程需要很长时间,但是现在这个过程已经明显加快了。
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