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BSG简单说就是皮带传动的启动、发电一体化电机,可实现汽车的快速起停等功能。它对传统汽柴油发动机的工况进行优化,在怠速、启动等情况下提高燃油效率。
在BSG弱混合动力汽车中的48V系统,包括48V车载电气系统以及48V轻混系统(48V mild hybrid system) 。
在引入启停机构之后,12V电压系统基本已经达到了功率输出极限,如果在12V电压下引入轻混系统,功率需求在10kW~15kW左右,这样的电压下电池的输出电流高达1000A,显然行不通。
2011年,Audi, BMW, Daimler, Porsche, Volkswagen联合推出48V系统,以满足日益增长的车载负载需求,更重要的是为了满足越来越严格的排放法规。
如下图所述,涉及到法规、成本和技术等诸多层面。
也可以简单这样理解:60V是安全电压,也就是说只要低于60V的电压不需要采取额外的安全防护措施,48V电池的充电电压最高56V,已经很接近60V,即48V电池电压是安全电压下的最高电压等级了。
在排放法规中,欧盟要求最为严格,到今年百公里油耗要降至4L,每公里二氧化碳排放低至95g。显然单纯靠提高发动机的燃油效率达到排放目标基本是不可能完成的任务,汽车混动化,纯电动化是最佳技术路线了。
纯电动化虽然是汽车的终极目标,但是由于高成本以及续航问题,无法在短期内大量普及。
48V轻混系统相比高压混动系统而言,成本更低,却可以达到高压混动系统(电池电压100V)大部分节能效果,按照德尔福的测算,48V轻混系统是高压轻混系统成本的30%,能达到高压轻混系统70%的节能效果。
(1)低于60V安全电压,不需要采取额外的电压防护,相对高压混动系统,成本更低;
(2) 相对于12V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12V系统的1/16;
(3)由于BSG的电功率辅助,可以进一步缩小发动机的体积,进而降低排放;
(4)可以将传统发动机上的高负载附件电动化,比如空调压缩机、冷却水泵、真空泵等,降低发动机的负载,即使在发动机关闭的情况下,这些设备也能工作;
(5)将车载电器工作电压提升到48V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径;
(6)可以支持更大功率的车载设备。
(7)可以涡轮电动化,进一步提高发动机的效率,并且不会有涡轮增压器延迟现象;
(9)当然对我们大多数人来说,最重要的还是48V系统输出功率大比12V系统大,启动发动机速度快;另外可以实现熄火滑行,可以相对省油一些。
(1)电压的升高,电磁兼容要求会更高;
(2)48V电压下会存在电弧,是风险隐患,需要处理;
(3)原来的12V车载设备迁移到48V需要重新开发以及测试,代价巨大并且周期长;
(4) 比12V启停系统成本高,节能效果不如高压混动系统。
48V轻混系统并不是直接将系统标准电压直接提至48V,而是保留了原来12V电气系统,增加了一套48V的轻混系统。
48V轻混系统可以看成是12V启停系统的升级版,增加了48V储能电池、48V/12V双向DC/DC、48V BSG、电动增压器(可选配置)、电池管理系统。
48V蓄电池供电部件有:48V BSG电机、电动涡轮、电动助力转向系统、翻滚抑制系统、PTC加热器、电动空调压缩机等。12V蓄电池给DC/DC转换器、控制单元及其他低压用电设备供电。
根据BSG电机的位置不同,48V系统可以分为下面两种情况:
绝大多数48V轻混系统的BSG是处于P0位置(位于发动机的前侧),这种布置对整车改动最小,只需用BSG替换传统的起动机,并且可以卸掉传统的发电机。但是BSG无法和发动机分开,在能量回收阶段,即使关闭喷油系统但发动机还在运转,发动机的拖拽阻力直接减少了可回收的能量。NEDC(新标欧洲循环测试)工况下, 可以减少13%的二氧化碳排放。
自动启停(Start/STOP):等红绿灯,车辆静止状态下,发动机处于关闭状态,48V大容量电池利用存储的能量维持车载电气的正常运行,发动机可以随时快速启动。
能量回收(RECUPERATION):能量回收可以将动能转化为电能,并存储到电池中。仅能量回收功能就可以降低大约7%的油耗。
动力辅助(BOOST):混动系统可以减小发动机的排量,在提速阶段,电机的辅助动力能弥补发动机动力的不足,实现不损失动力的情况下降低排放。
航行(SAILING/ACTIVE ENGINE-OFF COASTING):在车辆恒速运行,并且电池电量充足的情况下,关闭发动机喷油系统,依靠电机来维持车辆运行。电机提供的动力用来抵消行驶阻力以及发动机的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航阶段,电能充足的情况下,可以彻底分离且关闭发动机,仅靠电机保持车辆巡航。当再次踩下油门踏板,发动机会迅速启动,平滑切入到当前车速。
滑行(COASTING):在松开油门,车辆处于滑行阶段,离合器分离发动机和传动系统的机械连接,彻底关闭发动机,实现更长的行驶距离。相当于传统车辆空档滑行,只不过传统车辆在切换到空档滑行之后,发动机转速在降到怠速时依然需要喷油来维持发动机的运行。
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