1 48V電源系統介紹

目前國內汽車行業對于整車低壓48V電源系統有很大的熱情， 48V并不是一個全新的技術，在過去幾年無論是燃油車還是新能源車都有使用48V作為輔助電源，以下英飛凌對整車12V及48V電源系統做一個簡單的介紹。

傳統燃油車以12V作為主要的低壓電源系統，為了降低碳排放，在原來12V系統上增加了一套48V電源系統驅動電機，提供輔助的動力輸出，就是英飛凌的輕混車系統，但是這套系統增加了一定的成本。

純電車也以12V作為主要的電源系統，但是隨著整車功能越來越豐富，有些純電車增加了一套單獨的48V電源系統，給一些大功率的負載（例如電子防傾桿，主動懸架等）提供電能。這些功能大大提升了終端用戶的使用體驗，但是同樣帶來了整車系統成本的上升。

隨著整車功能越來越復雜，電壓系統的功率需求越來越大，為了降低大功率低壓系統的成本，一些主機廠提出了整車低壓系統從12V升級到48V。但是目前由于48V的供應鏈還沒有完全成熟，不得不保留一部分的12V系統，當前國內主機廠主要研究的是12V和48V混合的電源架構。

248V收益分析

48V電源系統相比于12V系統電壓上升了4倍，根據簡單的P=UI公式，對于相同功率的應用電流將變為原來的1/4。整車工作電流的降低為整車帶來很多收益，以下內容將從電流減小后帶來的收益進行討論。整車成本的變化是一個系統性的話題，本文只是從48V系統產生的收益方面進行分析，整車采用48V后還存在很多挑戰，并不能從本文評估出48V系統的整車成本的變化。

2.1降低線束成本

整車的線束線徑是根據其通過的電流來決定的，電流越大需要使用越粗的線束。以1kW應用為例進行分析，12V系統線束上會流過83.3A的電流，需要大約10mm2的線束；48V系統線束上流過20.8A的電流即可，對應需要大約1.5mm2的線束。因為使用了更細的線束，線束成本將會大大減少。英飛凌以銅價來簡單估算一下10米線束的成本變化：

10mm2的線束中銅的重量按照89.6g/m來估算，那么10米線束中銅的重量為896g，

1.5mm2的線束中銅的重量按照13.44g/m來估算，那么10米線束中銅的重量為134g。

按照0.075元/克銅價估計，48V相對于12V來說10米線束將節省85%（57.15元）的成本。

如果考慮整車最小線徑的限制，通過計算整車不同功率的線束長度，即可估算出整車改為48V后所有線束節省的成本。

2.2更低的功率損耗

CLTC（China Light-duty Vehicle Test Cycle）續航里程測試標準的平均車速為28.96km/h，假如某車的CLTC續航里程為700km，整個CLTC續航里程的測試時間為24小時，那么車輛行駛時的功率損耗每減少41W（1kWh/24h），相同的CLTC續航里程，整車動力電池就可以減少1度。降低整車的功率損耗不僅可以簡化熱設計，減少碳排放，增加續航里程，還可以降低整車動力電池成本。

48V系統可以降低整車功率損耗也主要是因為電流的明顯減少。還是以1kW應用為例，對10米線束上的功率損耗進行分析：

10mm2線束的線阻為1.82mΩ/m，流過83.3A電流，10米線束產生的功率損耗達到126W；

1.5mm2線束的線阻為12.7mΩ/m，流過20.8A電流，10米線束產生的功率損耗達到55W；

1kW應用的10米線束，線上的功率損耗可以降低56%（減少71W），對應的動力電池可以減少1.73度。如果48V使用更粗的線束，雖然會增加一些線束成本，但是可以增加續航里程或者減少動力電池成本。具體如何平衡線束成本和功率損耗，需要做更詳細的數據評估。

除了減少線束上的功率損耗，整車所有用電設備的功率損耗都會隨著電流的減小而有明顯的降低（P=I2R），包括MOSFET，DCDC，高邊開關等等。

2.3更靈活的功率器件選擇

從12V系統改為48V系統，所有和48V相關的半導體器件耐壓都要增加，半導體器件的設計和制造工藝都要升級，無疑會帶來一部分的成本上升。但是對于通過較大電流的功率器件（75W以上），相同功率條件下根據P=I2R，電流減小為原來1/4，那么可以選擇原來16倍Rdson的半導體器件。

還是以1kW應用舉例，假如12V應用中選擇Rdson低于0.15mΩ的MOSFET，那么48V同功率應用可以選擇Rdson低于2.4mΩ的MOSFET。功率器件的選擇更多，對于更大功率的應用也不需要MOSFET并聯，簡化了系統的設計復雜度。如果48V系統設計中選擇更低Rdson的功率器件來減少半導體器件上的功率損耗，不僅可以增加續航里程還可以減少熱設計的復雜度。

2.4更簡單的熱設計和電流設計

功率越高汽車用電設備的熱設計越復雜。48V系統的電流減小后，對應用電設備的熱功率也變得更低，使得整車的熱設計變得更容易。原來12V大功率的用電設備必須使用金屬熱沉甚至水冷，改用48V系統后可以使用普通的塑料外殼。不僅減少了功率損耗，節省了材料成本，還可以降低整車的重量。

超過100A的大電流接插件成本很高，甚至無法找到合適的接插件，對于12V系統中超過1kW的應用需要特殊的接插件和線束支持，如果改為48V系統，原來100A的電流降低為25A，接插件的成本會更低，同時接插件的可選擇性會多。當然還要考慮48V接插件需要提高耐電化學腐蝕的特性，防止電弧等新的特性要求。但是總體來說48V使得大功率的接插件選型更容易。

2.5減輕整車重量

線束，接插件和散熱片的設計和使用都會影響到整車重量，而這些零件的選型和設計與其流過的電流有直接相關。隨著48V系統的電流減少，整車的重量會有比較明顯的降低。相關研究表明，新能源汽車每減少100Kg重量，續航里程可提升10%-11%，還可以減少20%的電池成本以及20%的日常損耗成本。現在的電動車車重越來越大，整車輕量化同時可以簡化很多線控底盤功能（轉向，制動，懸架）的開發，由此可見整車輕量化是未來的必然趨勢。

由前面線束的分析可以看出，48V電源系統可以使用更細的線束，意味著整車線束質量會有比較明顯的降低。1kW應用的10米線束，銅線的重量從896g降低為134g，重量減輕了85%。

2.6更低成本的大功率功能開發

汽車的功能越來越多，有些新功能的功率需求很大。對于大于1kW的應用，需要特殊的線束，接插件和散熱設計，甚至更大的功率根本無法實現。只有提高系統電壓，才可以支持更多的功能，同時大大降低大功率系統的成本。隨著汽車品牌向上的需求，未來整車會需要更大的功率來增加車輛功能，提升品牌形象。

3英飛凌的48V半導體產品

英飛凌針對48V的應用不僅在汽車行業，還在服務器和通信電源領域擁有多年的客戶應用經驗，同時積累了豐富的48V半導體器件。隨著整車功能的增加尤其是線控底盤等技術的發展，低壓系統的輸出功率要求越來越大，48V電源系統將會成為未來重要的技術方向之一。英飛凌作為汽車行業領先的半導體廠商，不僅可以為48V應用提供電源芯片，高邊開關，Gate Driver，橋驅芯片和MOSFET等半導體器件，還可以為客戶提供48V智能配電，HV-48V DCDC，48V-12V DCDC，48V線控底盤控制器，48V熱管理控制器等系統級的解決方案和技術支持。英飛凌現有的48V半導體器件和Demo板可以滿足目前大部分的48V應用需求，并且可以支持OEM和Tier1做快速評估。

但未來的48V依然面臨許多技術挑戰：48V電壓標準不完善限制了新的48V半導體器件的開發，尤其耐壓的標準對半導體器件影響很大，原有小功率執行器（水泵等）采用LIN通訊在48V平臺上急需低成本平替方案，48V的爬電距離不僅會影響PCB板的設計還會影響到半導體器件的封裝。從整車角度48V的電弧的檢測和抑制更加重要，同時12V和48V混合電源系統，任意一個單點失效不能使48V和12V短路，整車接地和走線也會變得更加復雜。未來英飛凌會針對這些挑戰開發更多的48V半導體器件，推動48V技術的發展。