轻混动力: 工作原理、优势和应用领域一览

轻混动力的简要概述: 是什么让一辆汽车成为轻混动力车?

轻混动力使传统内燃机的效率明显提高,而且成本低廉。 为此(类似于一级方程式赛车中的KERS),在车辆制动时回收利用动能( “余热利用” )。

这些本来会损失的能量储存在一个 48V 电池中,然后用来辅助电机,并为强大的 48V 汽车电路提供电力。 这样,在具备其他优点的同时,还可以减少15%或更多的燃料消耗,并相应地减少二氧化碳排放。

在最简单的实施形式中(“ P0拓扑结构 ”),传统的皮带上安装的 12V 发电机被 48V 系统取代 - 例如:“ 助力回收电机 ”。 它在制动时以很高的效率将动能转化为电能,并将其储存在一个小型的、额外的 48V 电池中。 然后以最大12千瓦的功率辅助内燃机。 此外,还可以为与安全有关的高性能用电器(如驾驶辅助功能或电动制动助力器)可靠地提供 48V 电压。

48V 系统也可以灵活地用于传动系统的其他方面 – 其中,有着不同程度的集成费用和节约潜力。 为了实现气候目标,轻混动力是汽车生产商的核心部分,而它正被用于越来越多的车型和车辆类别。 目前,约有X百万辆配备P0 48V 系统的车辆已经上路 - 而且这一趋势正在急剧上升。 市场研究机构 IHS Markit 预计在2025年,全球 48V 轻混动力车的产量将远远超过1000万辆。


年度48伏混合动力产量预测(数据来源: IHS Markit, https://ihsmarkit.com)

什么是轻混动力汽车,48V 代表什么?

轻混动力车是指配有内燃机的车辆,同时也辅助有小型电力驱动装置。 电动机回收制动力(“ 余热利用 ”),并在之后提供额外的驱动力,以减少总体燃料消耗。 与全混合动力车或电动汽车相比 ,根据定义只能在有限范围内实现纯电动驾驶。

但是,也有一些基于 12V 的轻混动力车。 然而,在大多数情况下,使用更强大的 48V 系统,意味着可以回收更多的能量,从而可以更多地减少消耗。 由于这个原因,专家们对“轻混动力”和“48V”这两个术语的使用是同义的。

针对: 技术比较: 轻混动力车、全混合动力车、插电式混合动力车、电动汽车

为什么我们需要轻混动力?

该技术为驾驶员和生产商 带来许多好处 - 实施成本低。

但最重要的因素是气候保护: 电动汽车正走向人们的视野,特别是因为在欧洲和中国这样的核心市场有明确的政策承诺。 然而,不能随意加快这种转变,毕竟,必须同步进行技术、电池供应、基础设施和发电方面的发展。


根据《 彭博电动汽车展望 2021 》,仅到2040年就会有超过10亿辆内燃机汽车,其中主要原因是非洲、拉丁美洲和印度等国家向电动汽车的过渡要缓慢得多。 这将导致额外高达270亿吨的二氧化碳排放 - 约占剩余全球二氧化碳预算的10%,为目标值的1.5倍。





当务之急是尽可能有效地设计这些车辆,以尽量减少对全球气候的影响。 轻混动力可以避免这些排放的15%至25% - 如果我们不使用该技术,则将永远失去这种节约潜力

作为一名驾驶员,我有哪些收益?

从传统内燃机到 48V 轻混动力的“升级”给驾驶员带来了功率的显著增加。 在行驶过程中,回收制动能量( 余热利用 ),然后在动力需求增加时为发动机提供最多15千瓦/20马力的辅助( 功率增大 ),这也避免了低转速时的涡轮迟滞。

通过 48V 系统,可以特别平稳和安静地启动车辆,并且可以通过 48V 汽车电路安全地提供耗能的舒适和安全功能,如驾驶辅助系统、侧倾稳定器或涡轮增压器。 即使是所谓的 “ 惯性滑行 ”(即在高速行驶时关闭发动机)也是可以实现的,并且可以节省额外的燃料。




通过大幅减少燃料消耗,轻混动力不仅对环境有利,而且也节省费用: 例如:48V 助力回收电机 与传统内燃机相比,在15万公里的使用时间内可节省近1500升燃料。 这意味着减少了3.5吨的二氧化碳排放,以及在加油站至少减少2000欧元的支出。

并不是每个人今天都在考虑购买电动汽车 - 例如:因为他们经常长途驾驶,在自己的地区还没有设立合适的充电基础设施,或者他们想等待进一步的技术发展。 在这种情况下,48V 混合动力是一个明智的解决方案,它可以将对气候的影响保持在尽可能低的水平 - 而且还可以使驾驶更舒适、更安全。

传动系统中的机械集成是如何工作的?

轻混动力技术可以整合到所有现有的内燃机动力系统架构中 -只需很少或稍多的费用,取决于所需的性能范围。

原则上,在动力系统中,除了内燃机之外,总是安装一个带逆变器的电动机和一个小型 48V 电池(约0.5至1千瓦时),为 48V 汽车电路提供能量。 此外,还需要一个DC/DC转换器来供应 12V 汽车电路。 另一方面,由于电压较低,也可以忽略复杂且昂贵的高压保护要求和线束。

必要的电动机可以灵活地安装在传动系统中 - 在皮带上、传动环境中或在后桥上。 根据不同的定位,节约潜力、电力驱动功能以及集成费用和相关的系统成本都有所不同。 在传动系统中的位置也称为“拓扑结构”,安装位置简称为P0至P4。


P0是轻混动力的最简单解决方案 - 为此,取代了 48V 系统
BRM 在其现有的皮带安装空间上替换发电机一样。 对传动系统构架的干预是最小的 - 实施和系统成本也最低。 此外,通过这种“ 启动发电机 ”的回收,在实际运行中与传统内燃机相比,可以节省最多15%的燃料消耗。


P1代表电动机置于内燃机和传动装置之间。 在实践中,这很少被使用,因为其实施比P0要复杂得多,成本也高得多,并且没有在很大程度上进一步利用节约潜力。


P2和P3表示电子驱动装置在传动装置环境中的整合 - 在P2中直接位于主传动装置一侧或通过皮带连接,在P3中直接位于后面的驱动轴上。 这两种拓扑结构的成本/效益比接近。 然而,它们在机械方面要比P0复杂得多,其中主要是因为电动机不是作为一个整体而是作为单独的部件安装在传动装置中,而且不能有空气冷却。 此外,通常仍然需要启动器来启动电机 - 所有这些都使成本上升。

作为回报,由于较低的电机摩擦损失,可以实现最多22%的节约率。 即使是缓慢的纯电动驾驶(“蠕动模式”),例如:用于停车或在交通堵塞中反复启停,在技术上也是可行的。

P4最终意味着在后桥通过一个差动齿轮整合一个或两个 48V 系统。 这里,传动系统的摩擦损失最低,因此可以实现最高的节约率(最多25%)。 此外,这种拓扑结构提供了最全面的电子驾驶功能。 除了“蠕动模式”外,还可以结合内燃机启用(临时)全轮驱动。 这种解决方案代表了对传动系统的最大干预,并产生最高的系统成本。 这里,也需要一个额外的启动器或启动发电机。

通过相应的传动比和电动机的功率,P4原则上也可用于驱动 48V 全混合动力汽车,甚至是紧凑型 48V 电动汽车 - 没有高压所需的安全结构。

48V 汽车电路有哪些优点? 它是否会取代 12V 汽车电路?

当今,汽车中电气用电器的数量比过去高得多。 安全和舒适功能,如主动车轮悬架或挡风玻璃加热器,与高性能泵或涡轮增压器一样耗费能源。

由于电压水平提高了四倍,48V 轻混动力车可以回收更多的动能,然后再将其利用起来。 这样就能可靠地供应高性能的用电器,并实现额外的驾驶功能,如舒适启动、功率增大和冷却。 同时,48V 是一种低电压水平,对人体没有危险。 因此,与高压系统不同,48V 汽车电路没有特殊的安全要求。

一辆 48V 轻混动力车实际上有两个汽车电路: 所有有低电压需求的用电器,如收音机、大灯或车窗升降器,继续通过传统的 12V 电源供电。 这意味着这些组件不必转换到不同的电压水平,从而减少了系统集成所需的费用。 两个汽车电路通过一个DC/DC转换器进行耦合 - 因此,回收的制动能量也可以为 12V 电源供电。

技术比较: 轻混动力车、全混合动力车、插电式混合动力车和电动汽车的区别是什么?

所有这三种驱动方案都有一个车载电动机 - 它们主要在主能源、电压水平和电力驱动功能方面有所不同。

轻混动力车

在轻混动力车中,主要驱动装置是内燃机,电动机主要是用来提高效率的。 回收制动能量,储存在一个小型 48V 电池中(约0.5至1千瓦时),并用于额外的扭矩和汽车电路供电。 根据拓扑结构,可以节省15至25%的燃料消耗。 纯电动驾驶根本不可能,或只能在非常有限的范围内实现。


全混合动力车

全混合动力车基于同样的原则: 能量仅通过燃料从外部提供给系统 - 但电动机在制动时回收动能,并在以后再次供给。 差异: 全混合动力车通常在高电压状态下运行,并配有一个更大的电池。 因此,安全要求和系统成本大大增加。 另一方面,可以回收和储存更多的能量,并且可以只用电动机行驶短距离的路程。

插电式混合动力车

一辆插电式混合动力车配有两个完整的驱动器 - 一个内燃机和一个高压电动机。 这种“双动力化”和较大的电池(通常为10千瓦时左右)使成本和重量增加。 另一方面,纯电动驾驶通常可以达到40至60公里左右,而理论上内燃机只有在长途旅行中才有必要。 电池通过插座充电,例如:直接通过家用电源充电。


电动汽车(BEV)

电池驱动的电动汽车(BEV)完全没有内燃机,但需要大得多的电池 - 根据不同的车型,每100公里大约需要20千瓦时的电池容量。 这里,也是通过家里的插座进行充电的 - 或者在越来越多的公共充电桩电网中进行充电。

目前,还没有为每个用电器提供最佳的选择 - 个人方面的需求(例如:只用于城市驾驶的汽车和 职业驾驶员)和地区条件(特别是充电基础设施和可再生能源在电力组合中的份额)差异太大。 从长远来看,个人交通工具的转变显然是朝着BEV的方向发展 - 但在这个过程中,轻混动力车特别可以避免大量不必要的二氧化碳排放。

48V 可以用于哪些类型的车辆?

强大的电动机与低安全要求的结合,使得 48V 系统不仅适用于轻混动力应用,还包括其他的广泛领域。

除了汽车生产商的产品组合外,48V 系统也因此越来越多地成为轻型电动汽车的主要驱动力。 例如:重新推出的东德时代经典Schwalbe的电气化车型,其中提供了如Emmy等共享服务,同样印度的电动人力车和小型汽车在不久后也将由 48V 系统来驱动。

即使在乘用车中,48V 也可以做得更多,而不仅仅是轻混动力。 例如:适当升级的电动机可以提供足够的动力来驱动 48V 全混合动力车,甚至是紧凑型 48V 电动汽车 - 如在后桥上使用两个EM 1.25。

在商用车领域,48V 系统也开启了新的可能性 - 从轻型卡车的启停功能到重型卡车的轻混动力。 在各种非道路应用中,如骑乘式割草机,48V 系统也为减少排放提供了新的优势和机会。


48伏电机助力两轮及三轮摩托车向电气化转型,如

为什么生产商对轻混动力也感兴趣?

48V 结合了三个方面,正是这种结合对汽车生产商来说非常有吸引力: 大幅减少二氧化碳排放,面向终端消费者的特别卖点,并以成本效益的方式整合到现有车辆平台中。

越来越严格的二氧化碳限制给生产商带来了压力,因此需要更加高效地设计车辆。 在整个投资组合中系统地引进 48V 混合动力车可以快速有效地减少运输车队的消耗。 这样,也可以更容易满足未来的 Euro7 等排放标准 - 一方面通过降低燃料消耗,另一方面是因为 48V 汽车电路可以在冷启动时预热催化器,从而减少排放。

同时,凭借 48V 的优势,它也是促使客户购买的额外动力,因为客户特别看中低消耗和附加功能,如舒适启动或功率增大等。 此外,机械集成费用是可控的 - 皮带上的 48V 系统代替传统的发电机,可以以较低的系统成本实施,而且几乎所有现有的车辆平台都不需要重大改造。 48V 混合动力系统不仅对客户来说是经济的,而且还可以通过避免可能的处罚为生产商节省成本。 以欧盟为例,比较容易实现的10克二氧化碳/公里的节约量相当于950欧元的罚金 - 基本上涵盖了P0解决方案的系统成本。

遇到红灯,48伏能量回收加速辅助系统电机工作状态的特写

SEG汽车公司提供哪些 48V 解决方案?

SEG汽车公司为所有动力总成架构开发产品 - 无论能源来自燃料、电池还是氢气。 我们的目标始终如一: 尽可能地提高车辆的效率。 通过我们强大的解决方案,加快了向更高效的内燃机、电动汽车和碳中和出行的转变。

其中针对 48V,我们为不同的用途提供三种不同的产品组合。SEG汽车公司根据客户的需求,作为一个包含电子设备和软件的完整包,或作为单独的组件提供解决方案。

在SEG汽车公司,48V 领域有什么样的职业机会?

近年来,汽车的复杂性迅速增加,不仅是因为自主驾驶功能。 因此,在我们的 48V 和电气化产品背后,都有着硬件、软件、电子、测试和制造方面的紧密团队支持。 从测试、原型设计和流程开发到编码和质量保证,我们为工程师、软件设计师、物流人员等提供优质的工作机会。



工程师进行CAD设计