從儲(chǔ)能再論48V 電池升級(jí)終難逃安全“魔咒”？
日期：2024-10-16 09:42:53 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：511近期，汽車圈有關(guān)48V微混系統(tǒng)的討論驟然增多。究其因，無非是因?yàn)檫@一號(hào)稱“低成本節(jié)油技術(shù)方案”的低混合動(dòng)力系統(tǒng)，可以幫助車企有效緩解節(jié)能減排的重壓，與此同時(shí)，眾多零部件廠商相關(guān)量產(chǎn)計(jì)劃的先后公布，也使其一時(shí)間迎來諸多關(guān)注。
在此前文章《48V節(jié)油率最高可達(dá)20% 三大因素推高行業(yè)預(yù)期》中，筆者對(duì)48V系統(tǒng)的節(jié)油關(guān)鍵進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。結(jié)論是，該系統(tǒng)之所以擁有高達(dá)20%的節(jié)油率，主要是基于制動(dòng)能量回收、啟停/滑行時(shí)停機(jī)以及加速輔助、熱管理這三大因素的共同推動(dòng)。而縱觀這三大環(huán)節(jié)，我們不難發(fā)現(xiàn)，有一項(xiàng)技術(shù)始終貫穿其中，那便是儲(chǔ)能技術(shù)。
儲(chǔ)能技術(shù)的提升
在48V微混系統(tǒng)進(jìn)入大眾視野之前，12V起停系統(tǒng)已經(jīng)風(fēng)靡了相當(dāng)長的時(shí)一段時(shí)間，作為一套能自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、點(diǎn)火的系統(tǒng)，其能在短暫停車情況下，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)“休眠”，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。然而隨著高新技術(shù)及其裝置在汽車上的廣泛應(yīng)用，12V系統(tǒng)已不足以滿足其用電需求。
48V系統(tǒng)使這一狀況得到了有效改善，鑒于48V電池及其相關(guān)部件的使用，這一系統(tǒng)在儲(chǔ)能方面大大超越了12V系統(tǒng)，也使其除自動(dòng)起停功能之外，還具備了發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)滑行、滑行與制動(dòng)能量回收、加速助力和電巡航等功能。
那么，12V起停系統(tǒng)與48V混動(dòng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)究竟有何區(qū)別?
普通的12V起停系統(tǒng)通常采用吸附式玻璃纖維隔板(AGM)電池，其能夠使該系統(tǒng)在汽車停止時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，可最多節(jié)省5%的油耗。江森自控能源動(dòng)力業(yè)務(wù)技術(shù)及行業(yè)關(guān)系集團(tuán)副總裁瑪麗安·萊特(MaryAnn Wright)近日在接受蓋世汽車記者采訪時(shí)表示，與傳統(tǒng)鉛蓄電池相比，AGM電池的技術(shù)更加先進(jìn)，能更好地應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)的壓力，以及汽車不斷增長的電力負(fù)荷。
而搭載12V鋰離子電池的先進(jìn)起停電池系統(tǒng)較傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)最多可以減少8%的燃油消耗，較普通起停電池系統(tǒng)最多可減少3%的燃油消耗。同時(shí)，這一電池系統(tǒng)也能夠?yàn)檐囕v提供更高電量和負(fù)載管理空間。以江森自控為例，其在AGM電池基礎(chǔ)上再配對(duì)一個(gè)小型的鋰離子電池，通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉次數(shù)，支持回收制動(dòng)產(chǎn)生的能量，從而優(yōu)化起停系統(tǒng)運(yùn)行性能。而整車廠則通常會(huì)安裝一個(gè)更大的電機(jī)，以更充分利用制動(dòng)能量。
48V微混電池技術(shù)的工作原理與12V鋰離子電池系統(tǒng)相似，其由一個(gè)48V鋰離子電池配合一個(gè)AGM電池、一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(代替起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))、一個(gè)直流穩(wěn)壓裝置以及48V電網(wǎng)組成。這一系統(tǒng)能夠支持電源配件及實(shí)現(xiàn)包括電渦輪增壓等各項(xiàng)功能，并為整車廠節(jié)省較高的燃油消耗。同時(shí)，48V系統(tǒng)還支持渦輪增壓裝置，有效縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛及主動(dòng)安全功能。
江森自控的48V微混電池系統(tǒng)采用的是雙電壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即在一輛汽車上搭載兩個(gè)電池： 48V鋰離子電池與12V傳統(tǒng)起動(dòng)電池。48V電池可以向更高功率的負(fù)荷提供電力，例如汽車空調(diào)、底盤主動(dòng)安全系統(tǒng)和制動(dòng)能量回收。該電池能夠進(jìn)一步減少燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作量，從而達(dá)到節(jié)省燃油的效果。12V電池可為汽車起動(dòng)、車內(nèi)外照明和娛樂系統(tǒng)(如收音機(jī)和DVD播放器等)持續(xù)提供電力。
需要指出的是，想要48V系統(tǒng)最大程度實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，還需要能量回收系統(tǒng)的配合。通常情況下，48V微混系統(tǒng)涵蓋了48V動(dòng)力電池、助力回收電機(jī)以及電力轉(zhuǎn)換單元等，而具體的能量回收過程可以概括為：助力回收電機(jī)協(xié)助進(jìn)行制動(dòng)能量回收后，由電力轉(zhuǎn)換單元將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并最終存儲(chǔ)到電池中。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗。以博世為例，其已經(jīng)實(shí)現(xiàn)48V助力回收電機(jī)(“Boost Recuperation Motor”，縮寫為“BRM”)的量產(chǎn)。據(jù)悉，該電機(jī)的最大功率為9.7千瓦，峰值扭矩達(dá)56?！っ?，發(fā)電功率為11.5千瓦，其配合電力轉(zhuǎn)換單元以及48V動(dòng)力電池，可以實(shí)現(xiàn)滑行起停、能量回收、電機(jī)助力以及電爬行等。
電池的安全性問題
毫無疑問，業(yè)界的一致看法是，未來電池一定是向著高能量密度、高功率、長壽命的方向發(fā)展。而這一切的基礎(chǔ)，則是電池的安全特性。48V系統(tǒng)的動(dòng)力電池一般采用鋰電池作為主要儲(chǔ)能單元，因?yàn)樗啾葌鹘y(tǒng)的鉛蓄電池輸出功率更大，使支持?jǐn)?shù)量更多、功率最大的用電設(shè)備成為可能。然而與此同時(shí)，人們也在擔(dān)心其安全性是否能夠得到保障。
不過，這被技術(shù)專家們認(rèn)定為不必要的疑慮。
首先，通過先進(jìn)的制造工藝和質(zhì)量管理體系，加諸一系列的性能驗(yàn)證以及安全實(shí)驗(yàn)，相關(guān)電池制造商如今已經(jīng)能夠保障12V以及48V微混系統(tǒng)用動(dòng)力鋰離子電池的可靠性及安全性。此外，上述兩種電池體系同樣具備電池管理系統(tǒng)BMS、可靠的機(jī)械設(shè)計(jì)、成套的電池系統(tǒng)管理軟件以及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)等，可以有效避免對(duì)電池的不當(dāng)使用，有效提升電池的可靠性以及安全性。
另一方面，從當(dāng)前已經(jīng)推出的混合動(dòng)力汽車來看，其搭載的電源系統(tǒng)大多超過100V，但在安全性上卻并未“打折扣”，何況48V遠(yuǎn)低于這一數(shù)字。MaryAnn Wright還進(jìn)一步表示，低壓技術(shù)與新能源汽車所用的儲(chǔ)能技術(shù)不同，其不需要投入大量成本、增加車輛的重量和尺寸、使用更加復(fù)雜的系統(tǒng)。此外，由于低壓系統(tǒng)低于60V閾值，無需成本高昂的安全配件、系統(tǒng)以及服務(wù)程序，“2020年，全球10%-16%的新車都將采用低壓鋰電池解決方案?！?/p>
如上所說，12V鋰離子起停電池和48V微混動(dòng)力電池同屬于低壓鋰電池解決方案，其中，48V鋰離子電池組系統(tǒng)主要應(yīng)用在微混動(dòng)力系統(tǒng)，目前仍處于研發(fā)和限量生產(chǎn)水平，而隨著各大相關(guān)零部件廠商量產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施，48V微混市場(chǎng)將提速發(fā)展。江森自控預(yù)計(jì)，隨著全球能耗法規(guī)日趨明朗，低壓微混可能在2020年后迎來巨大的發(fā)展機(jī)遇。而隨著燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)注度越來越高，以及電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，48V技術(shù)的運(yùn)用也將在中國取得很大發(fā)展。