关于汽车48V电气架构，这些趋势值得了解

早期汽车的 12V 电气系统只能满足点火和基本照明需求。随着现代汽车引入了电动转向、泵和暖通空调（HVAC）等高能耗设备，电力需求大幅增加，对 12V 系统构成了挑战。因此，汽车行业正转向 48V 电气系统，这不仅提高了功率输出，支持更多高级功能，还通过使用更细的线束和小型连接器，减轻了重量，节省了成本，为安装更多电子设备提供了空间。本文为《48V 电源网趋势白皮书》第一部分，主要介绍系统用途、市场趋势和系统描述。

系统用途

48 V 技术的应用逐渐扩展到 MHEV 领域之外，纯电动汽车 (BEV) 也开始采用 48 V 组件。虽然 BEV 使用高压电池组（通常为 400 V 或 800 V 架构）来为电机供电，但对于某些应用，48 V 可带来显著优势：

• 减小线缆尺寸：48 V 系统支持使用更细的线束来为散热风扇、 车舱通风系统和座椅加热等现有功能供电。这不仅可以减轻车辆重量，而且在需要较低电流的情况下，还能提高能效。

• 高压 (HV) 不适用的场景：主电池组的高电压不适用于座椅加热等功能，而且需要额外的安全措施。对于这些应用来说，48 V 系统在节能和安全性之间实现了良好的平衡。

此外还为先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和潜力十足的全自动驾驶汽车奠定了基础。电动转向、线控转向和线控制动（电子线控）都需要消耗大量电力，而电子线控系统更是对可靠性、安全性和冗余度提出了更高的要求 。与 12 V 系统相比，48 V 系统可使线控转向等大功率组件的冗余执行器更轻、更具性价比。

市场信息和趋势

多电压电气架构是未来趋势

48 V 系统越来越普及，未来车辆可能会混合使用 12 V、 48 V 和高压（通常为 400 V 或 800 V）电源网络，而且传统的12 V 配件也逐渐迁移到 48 V 系统，耗电较高的组件首先受到影响，例如电动转向 (EPS)、悬挂系统、用于加热/冷却车舱和电池组的 HVAC 压缩机。

现有 12 V 系统仍将由 DC-DC 转换器支持，由 HV 母线或 48 V 电池供电。然而， 随着越来越多的组件转向 48 V 电源，该系统将成为汽车内非动力系统的主要电气系统， DC-DC 转换器的尺寸预计会减小，复杂性会降低。48 V 技术方兴日盛， 但全面应用尚需时日。美国汽车制造商正在引领这一变革，而亚洲和欧洲市场正在探索 48 V 的潜力， 尚未形成明确的发展方向。其他较大型制造商则采取了更为谨慎的态度，目前仍坚持使用 12 V 系统。

区域控制架构

除了电动汽车电气系统从 12 V 转向 48 V 之外，车辆电源架构也正发生变革。汽车行业正从集中式配电转向一种更分散的方法，即区域控制架构。

区域控制架构将车辆划分为不同的区域。单个主配电单元 (PDU) 充当配电树的第一级。PDU 直接连接到 48 V 或 12 V电池，并智能地将电力分配至车辆内的每个单独区域。

区域控制器取代了过去分散于汽车中的许多电子控制单元 (ECU)， 负责分配电力并管理相应区域中的电气器件。

其主要优点在于可以用基于半导体的受保护开关代替传统保险丝， 这些开关可通过微控制器 (MCU) 接通和断开，这意味着可以在发生故障事件后复位，而不必更换。此外，受保护的半导体开关可以向汽车计算机提供诊断信息，有助于解决电气问题。

图 1：具有 3 个区域的区域控制架构示例：前部、中部、后部

车辆区域控制架构中的低压配电

低压电源网是电动汽车区域控制架构中的关键要素。如随附的框图所示， 电力来自高压 (HV) 电池组（通常为 400 V 或800 V 电池架构） 。HV-LV DC-DC 转换器将高压降压，为 LV 网络供电：48 V 或 12 V 电池。根据制造商和汽车型号，汽车可能只有一种 LV 电池，或者有两种电池，每种电池使用单独的转换器。

低压配电系统的主要器件

48 V 和 12 V 可能共存于同一辆车中，因此 HV-LV 转换器可以直接为 48 V 电池供电，而额外的 48V - 12V 转换器可以充当中间降压级。在集中式配电模型中，单个较大的 48V - 12V 转换器（约 3 kW） 为 12 V 电池供电。相比之下，区域控制架构采用分布式方法，在域控制器 (ZCU) 内嵌入多个较小的 DC-DC 转换器。

使用单独的主配电单元 (PDU) 和 ZCU 时，电力从电源流过 PDU 和 ZCU，然后到达特定区域内的各个负载。PDU 位于ZCU 之前， 通常还直接为大电流负载供电。ZCU 则负责为车辆指定区域内的大多数负载分配电力。

目前市场上主要有两种方法：

• 一体式 PDU 和 ZCU：第一种方法将 PDU 和 ZCU 功能集成在单个模块中。
• 分离式 PDU 和 ZCU：第二种方法使用独立的 PDU 和 ZCU 单元。这段概述阐明了低压电源网在车辆区域控制架构中的作用。下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案

这段概述阐明了低压电源网在车辆区域控制架构中的作用。下面的框图直观地呈现了该电力流及不同的实现方案。

系统描述

电动汽车电力流：聚焦能效

电动汽车的运行离不开高效的能量流管理。我们可以从三个主要方面进行分析：电力的产生、转换和消耗。优化这些阶段是尽可能增加行驶里程和降低每公里能源成本的关键。

MHEV 引入了 48 V 系统，48 V 电源由起动发电机产生。在当今的 BEV 中， DC-DC 转换器将高压电池的电压降至较低水平，此转换过程可以通过一个较大的转换器集中进行，也可以通过多个较小的转换器分布式进行，就像区域控制架构一样。

• 需应对的挑战是如何在全车中高效分配电力，同时尽量减少线束和电缆的重量。
• 车辆内的负载会消耗电力。因此，从系统中的最大负载开始， 大功率负载预计会迁移至 48 V。
• 自动驾驶汽车需要更多电力来驱动中央计算单元、先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和基于 AI 的复杂方案。

表 1：两种电池类型的电力产生和转换。