揭秘：48V系统如何撬动汽车收益杠杆

传统燃油车以12V作为主要的低压电源系统，为了降低碳排放，在原来12V系统上增加了一套48V电源系统驱动电机，提供辅助的动力输出，就是我们的轻混车系统，但是这套系统增加了一定的成本。

纯电车也以12V作为主要的电源系统，但是随着整车功能越来越丰富，有些纯电车增加了一套单独的48V电源系统，给一些大功率的负载（例如电子防倾杆，主动悬架等）提供电能。这些功能大大提升了终端用户的使用体验，但是同样带来了整车系统成本的上升。

随着整车功能越来越复杂，电压系统的功率需求越来越大，为了降低大功率低压系统的成本，一些主机厂提出了整车低压系统从12V升级到48V。但是目前由于48V的供应链还没有完全成熟，不得不保留一部分的12V系统，当前国内主机厂主要研究的是12V和48V混合的电源架构。

48V收益分析

48V电源系统相比于12V系统电压上升了4倍，根据简单的P=UI公式，对于相同功率的应用电流将变为原来的1/4。整车工作电流的降低为整车带来很多收益，以下内容将从电流减小后带来的收益进行讨论。整车成本的变化是一个系统性的话题，本文只是从48V系统产生的收益方面进行分析，整车采用48V后还存在很多挑战，并不能从本文评估出48V系统的整车成本的变化。

降低线束成本

整车的线束线径是根据其通过的电流来决定的，电流越大需要使用越粗的线束。以1kW应用为例进行分析，12V系统线束上会流过83.3A的电流，需要大约10mm2的线束；48V系统线束上流过20.8A的电流即可，对应需要大约1.5mm2的线束。因为使用了更细的线束，线束成本将会大大减少。我们以铜价来简单估算一下10米线束的成本变化：

• 10mm2的线束中铜的重量按照89.6g/m来估算，那么10米线束中铜的重量为896g，
• 1.5mm2的线束中铜的重量按照13.44g/m来估算，那么10米线束中铜的重量为134g。

按照0.075元/克铜价估计，48V相对于12V来说10米线束将节省85%（57.15元）的成本。

如果考虑整车最小线径的限制，通过计算整车不同功率的线束长度，即可估算出整车改为48V后所有线束节省的成本。

更低的功率损耗

CLTC（China Light-duty Vehicle Test Cycle）续航里程测试标准的平均车速为28.96km/h，假如某车的CLTC续航里程为700km，整个CLTC续航里程的测试时间为24小时，那么车辆行驶时的功率损耗每减少41W（1kWh/24h），相同的CLTC续航里程，整车动力电池就可以减少1度。降低整车的功率损耗不仅可以简化热设计，减少碳排放，增加续航里程，还可以降低整车动力电池成本。

48V系统可以降低整车功率损耗也主要是因为电流的明显减少。还是以1kW应用为例，对10米线束上的功率损耗进行分析：

• 10mm2线束的线阻为1.82mΩ/m，流过83.3A电流，10米线束产生的功率损耗达到126W；
• 1.5mm2线束的线阻为12.7mΩ/m，流过20.8A电流，10米线束产生的功率损耗达到55W；

1kW应用的10米线束，线上的功率损耗可以降低56%（减少71W），对应的动力电池可以减少1.73度。如果48V使用更粗的线束，虽然会增加一些线束成本，但是可以增加续航里程或者减少动力电池成本。具体如何平衡线束成本和功率损耗，需要做更详细的数据评估。

除了减少线束上的功率损耗，整车所有用电设备的功率损耗都会随着电流的减小而有明显的降低（P=I2R），包括MOSFET，DCDC，高边开关等等。

更灵活的功率器件选择

从12V系统改为48V系统，所有和48V相关的半导体器件耐压都要增加，半导体器件的设计和制造工艺都要升级，无疑会带来一部分的成本上升。但是对于通过较大电流的功率器件（75W以上），相同功率条件下根据P=I2R，电流减小为原来1/4，那么可以选择原来16倍Rdson的半导体器件。

还是以1kW应用举例，假如12V应用中选择Rdson低于0.15mΩ的MOSFET，那么48V同功率应用可以选择Rdson低于2.4mΩ的MOSFET。功率器件的选择更多，对于更大功率的应用也不需要MOSFET并联，简化了系统的设计复杂度。如果48V系统设计中选择更低Rdson的功率器件来减少半导体器件上的功率损耗，不仅可以增加续航里程还可以减少热设计的复杂度。

更简单的热设计和电流设计

功率越高汽车用电设备的热设计越复杂。48V系统的电流减小后，对应用电设备的热功率也变得更低，使得整车的热设计变得更容易。原来12V大功率的用电设备必须使用金属热沉甚至水冷，改用48V系统后可以使用普通的塑料外壳。不仅减少了功率损耗，节省了材料成本，还可以降低整车的重量。

超过100A的大电流接插件成本很高，甚至无法找到合适的接插件，对于12V系统中超过1kW的应用需要特殊的接插件和线束支持，如果改为48V系统，原来100A的电流降低为25A，接插件的成本会更低，同时接插件的可选择性会多。当然还要考虑48V接插件需要提高耐电化学腐蚀的特性，防止电弧等新的特性要求。但是总体来说48V使得大功率的接插件选型更容易。

减轻整车重量

线束，接插件和散热片的设计和使用都会影响到整车重量，而这些零件的选型和设计与其流过的电流有直接相关。随着48V系统的电流减少，整车的重量会有比较明显的降低。相关研究表明，新能源汽车每减少100Kg重量，续航里程可提升10%-11%，还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。现在的电动车车重越来越大，整车轻量化同时可以简化很多线控底盘功能（转向，制动，悬架）的开发，由此可见整车轻量化是未来的必然趋势。

由前面线束的分析可以看出，48V电源系统可以使用更细的线束，意味着整车线束质量会有比较明显的降低。1kW应用的10米线束，铜线的重量从896g降低为134g，重量减轻了85%。

更低成本的大功率功能开发

汽车的功能越来越多，有些新功能的功率需求很大。对于大于1kW的应用，需要特殊的线束，接插件和散热设计，甚至更大的功率根本无法实现。只有提高系统电压，才可以支持更多的功能，同时大大降低大功率系统的成本。随着汽车品牌向上的需求，未来整车会需要更大的功率来增加车辆功能，提升品牌形象。

英飞凌的48V半导体产品

英飞凌针对48V的应用不仅在汽车行业，还在服务器和通信电源领域拥有多年的客户应用经验，同时积累了丰富的48V半导体器件。随着整车功能的增加尤其是线控底盘等技术的发展，低压系统的输出功率要求越来越大，48V电源系统将会成为未来重要的技术方向之一。英飞凌作为汽车行业领先的半导体厂商，不仅可以为48V应用提供电源芯片，高边开关，Gate Driver，桥驱芯片和MOSFET等半导体器件，还可以为客户提供48V智能配电，HV-48V DCDC，48V-12V DCDC，48V线控底盘控制器，48V热管理控制器等系统级的解决方案和技术支持。英飞凌现有的48V半导体器件和Demo板可以满足目前大部分的48V应用需求，并且可以支持OEM和Tier1做快速评估。

但未来的48V依然面临许多技术挑战：48V电压标准不完善限制了新的48V半导体器件的开发，尤其耐压的标准对半导体器件影响很大，原有小功率执行器（水泵等）采用LIN通讯在48V平台上急需低成本平替方案，48V的爬电距离不仅会影响PCB板的设计还会影响到半导体器件的封装。从整车角度48V的电弧的检测和抑制更加重要，同时12V和48V混合电源系统，任意一个单点失效不能使48V和12V短路，整车接地和走线也会变得更加复杂。未来英飞凌会针对这些挑战开发更多的48V半导体器件，推动48V技术的发展。