48V的悄然崛起: 轻混系统是如何渗透到无处不在的?

48伏系统并不接管发动机,它只是凭借每次刹车时回收的能量,成为了燃油无声的征服者.
48伏系统并不接管发动机,它只是凭借每次刹车时回收的能量,成为了燃油无声的征服者.

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轻混动力系统是由一个小型电机和电池组成的混合动力系统,它可以辅助内燃机但无法单独驱动车辆;如今它通常使用 48伏 锂离子电池工作,因此被称为48伏系统.与全混动不同,它不提供纯电动行驶,而是通过回收制动能量来辅助发动机并降低油耗.随着柴油车的衰落,它已成为使欧洲汽车达到排放目标的最普遍技术.

亮点

  • 首款量产48V轻混应用 出现在2016年款的梅赛德斯-奔驰S级上.
  • 48V架构与12V相比, 电压高出四倍, 可实现更多的动能回收.
  • 节能效果因拓扑结构而异:简单的P0方案中 最高可达15%,而在后轴的P4方案中 最高可达25%.
  • 欧洲轻混动力的市场份额 从2020年的8%上升到2021年的14%. .
  • 迄今为止, 已有超过450万辆 汽车配备了48V系统;预计年产量将超过1000万辆.

轻混动力究竟是什么,与全混动有何不同?

轻混动力(MHEV)就是在传统动力总成上增加一个小型电机和电池.电机通常配置为集成式起动机-发电机(ISG):它取代传统起动机,安装在发动机与变速器之间或发电机的位置.其任务是辅助内燃机,在启停期间不间断地为系统供电,并在制动时回收能量.电机绝不会单独驱动车辆.

全混动则不然.在丰田类型的系统中,两个动力源可以共同或分别输出动力;电池充当内燃机的临时缓冲,车辆可以用纯电动行驶短距离.丰田混动在行驶过程中可提供 高达62% 的零排放模式行驶.而轻混动力中,纯电动行驶要么完全不可能,要么非常有限;这两者之间的根本技术和商业区别正在于此.

为什么恰好是48伏?

在现代48V轻混动力系统中,车辆拥有两套独立的电气系统.传统的 12伏 系统继续为收音机、大灯和车窗升降器等低电压用电设备供电;DC/DC转换器将这两个系统连接起来.48伏与12伏相比提供四倍的电压,这意味着显著更多的动能回收.同时,48V仍处于被认为对人体无害的界限之下,因此不承担高压系统的安全负担(如橙色线缆、特殊绝缘、需要认证技术人员等).

电池尺寸也是故事的一部分.轻混动力的容量通常为 0.5-1千瓦时 附近;全混动车搭载 1.3-2 kWh 电池,插电式混动车则搭载 10-20 kWh 电池,可提供 40-80 km 的纯电续航.也就是说,轻混是混动家族中最轻便、最便宜的成员——这种轻量化既决定了成本,也决定了车辆布局的灵活性.

48 伏系统从何而来:一段简短的混动历史

轻混的概念并不算新,其根源可以追溯到混动汽车本身.由 Ferdinand Porsche 设计的 Lohner-Porsche Elektromobil 在 1900 年巴黎博览会上亮相, 1901年,Lohner-Porsche Mixte Hybrid 成为世界上第一款汽油-电动混动汽车.那些早期系统采用串联混动架构:汽油发动机并不驱动车轮,只带动发电机运转.

现代时代的转折点 是 1997 年在日本发布的 Toyota Prius:它不是第一款量产混动电动汽车,但绝对是最成功的一款.紧随 Prius 之后的全面混动浪潮,推动了技术的成熟和成本的下降.而轻混,则往往是这段叙事中被略过的最后一环.

早期轻混尝试

GM 在 2007 款车型年份,为 Chevrolet Malibu、Saturn Aura 和 Saturn Vue 推出了 36 伏 的发电机-起动机混动系统.它们并非全混动车,无法仅靠电力行驶——这与今天的轻混定义完全吻合.GM 的 BAS(皮带式发电机起动机)系统使用一台通过皮带启动发动机的 14.5 kW 功率电机-发电机以及 36V 电池.根据 EPA 数据, Saturn Vue Greenline相比非混动版本实现了 27% 的综合燃油经济性提升.

Toyota 也曾在这个领域进行尝试: 在 2001-2003 年期间销售了 Crown的轻混版本,随后在 2002-2008 年期间销售了 Crown Sedan的轻混版本,均在日本市场. 2004年,Volkswagen 带着两款轻混概念车参加了在上海举办的 Challenge Bibendum 活动.也就是说,在 48 伏时代开启之前,这一构想已经在美国和亚洲经过了多次检验.

Mercedes-Benz 的 2016 转折与在欧洲成为标配

将 48 伏架构推向豪华车巅峰的品牌是 Mercedes-Benz. 2016 款车型年份, S-Class 首次增加了插电式混动轿车 S550e;从同一代车型开始,S-Class 车型开始搭配九速自动变速箱使用 48V 轻混系统.在 C-Class 上,电动机被安装在发动机与变速箱之间,为变速箱提供约 轿车;从同一代车型开始,S-Class 车型开始搭配九速自动变速箱使用 48V 轻混系统.在 C-Class 上,电动机被安装在发动机与变速箱之间,为变速箱提供约 15 kW(20 hp) 的额外动力.这套系统至今仍在发展:2027 款 S-Class S500 通过轻混直列六缸发动机和 ISG 提供 23 hp(17 kW) 的额外动力,AMG 版本的轻混单元最多可贡献 201 hp.

Mercedes 之后,真正决定这套系统在整个欧洲普及的,并非技术好奇心,而是监管压力.随着柴油车的衰落,48V 轻混开始被视为满足欧盟日益严格的排放标准的一种途径.在欧洲,目标 到2020年为117 g CO2/km, 随后 95 g CO2/km 被确定.典型的约15 kW的48V电机可带来13%–22%的CO2节省——这足以让一辆小轿车降至95 g/km的目标以下.

品牌 adoption 浪潮 → 品牌采纳浪潮

2017年9月发布的行业报告显示,大众、PSA和沃尔沃等品牌正在应对柴油发动机的衰落,转向48V轻度混动;雷诺凭借新款 Scenic 成为早期采用者之一.沃尔沃, 从2019年起承诺将所有车型电动化,如今的沃尔沃车型中,小型48V电池仅辅助汽油发动机但不驱动车辆.ICCT数据显示,欧洲轻度混动的市场份额 在2020年约为8%, 在2021年约为14% ——两年内份额几乎翻倍.该系统还有助于满足Euro7标准:在冷启动时预热催化转化器,减少排放峰值.

今天的规模已十分明显:在欧盟,轻度混动带来的 10 g CO2/km 节省,可避免约 950 €的排放罚款——这实际上抵消了P0方案的系统成本.迄今为止,已有超过450万辆汽车配备了48V电机,预计到2025年年产量将超过1000万辆.

系统架构:从P0到P4的拓扑结构

Motorun neresine yerleştirilen 48 volt ünite, arka aksta yüzde yirmi beşe varan destek ve geçici 4x4 yeteneği saniyeler içinde devreye alabiliyor.

轻度混动系统根据电机在动力总成中的位置进行分类.位置既决定了成本,也决定了可实现节省的上限.

拓扑位置节省备注
P0皮带传动上,发电机位置最高可达15%成本最低
P1发动机与变速箱之间-很少使用,复杂且成本高
P2/P3变速箱上最高可达22%技术上可实现低速纯电行驶
P4后轴最高可达25%可实现临时四驱,系统成本最高

与丰田式全混动的对比:差距有多大?

将两个系统并排比较,能最清晰地说明轻度混动究竟是什么.全混动是一种将电池作为发动机的临时缓冲装置,并能短距离纯电行驶的结构;而轻度混动只是一种辅助性的动力层.

特性轻度混动 (48V)全混动 (丰田式)
纯电行驶无有,短距离
电池容量约0.5–1 kWh1.3–2 kWh
工作原理辅助发动机两套动力源可协同工作
高电压安全要求不需要需要
入门成本更低更高

在商业层面,轻度混动的优势在于价格:多数情况下比全混动更便宜.但其燃油节省是否物有所值,并非在每辆车上都很明确;与非混动车型相比,这笔账并不总是划算,而燃油价格波动会直接影响结果.

批评:是真混动还是绿色洗白?

轻混的崛起也并非没有争议.一些汽车记者质疑将MHEV归类为混动或电动车的做法,认为其减排效果微乎其微,营销可能带有绿色洗白的性质.批评的核心很简单:为一个无法单独驱动车辆的系统贴上混动标签,可能会让买家产生完全混动的期待.虽然节油效果因测量方法和认证标准而异,但与可比车型相比,其节省幅度可能仅在 0.4–1.7 km/l之间,即 2%–8% 的区间内;只有先进架构(P2、P4)才能接近零部件制造商宣称的15%–25%的上限,而且这些数字的一部分来自制造商自身的测量.

反方的论点同样可以量化.在约 150,000 km 的整个使用寿命中,48V系统可节省超过1,500升燃油、约 4吨CO2 以及至少 2,000 € 的资金.从更宏观的角度看,据估算,如果为2040年前将生产的10亿辆燃油车加装48V系统,至少可避免 20亿吨 CO2的排放.正确的答案很可能介于两者之间:轻混不是一场革命,但在法规的陡峭阶梯上,它是一个成本合理、切实有效台阶.

2026年轻混的地位

科技已经远远超越了入门水平.2027款S-Class S500搭载轻混直列六缸发动机,可提供 442马力 的功率和 4.3秒的0-60 mph加速 性能.保时捷通过 911 Carrera GTS T-Hybrid 将电动辅助涡轮增压技术带入了性能世界;像现代1.6柴油这样的柴油轻混车型也已存在,2021款 Range Rover Sport D350 便是这一路线的例证.市场预测显示,欧洲轻混市场在2026年将达到1020亿美元的水平,并将持续增长至2031年——尽管各家研究机构的数据有所不同,但方向是一致的:轻混作为混合动力历史上最少被讲述却最普及的一环,将继续前行.

参考资料