[日經產業報告] 48V油電混合車,準備上路!

2014.08.20 by
日經BP科技產業報告
[日經產業報告] 48V油電混合車,準備上路!
2011年,豐田汽車(Toyota Motor Crop.)將一款使用48V為動力供給系統的輕度混合動力車納入皇冠系列車種。此系統和1997...

2011年,豐田汽車(Toyota Motor Crop.)將一款使用48V為動力供給系統的輕度混合動力車納入皇冠系列車種。此系統和1997年首次搭載於Prius系列車款的THS(Toyota Hybrid System,豐田混合動力系統)同樣採雙馬達設計,但THS卻因為油耗節省程度與實際成本無法平衡而逐漸式微。

使用48V為動力的輕度混合動力車在近期再度受到關注,原因有二:
第一,歐洲國家確立了二氧化碳排放量標準,目標是在2020年可以降至95g/km,此讓電力驅動的需求更為廣泛。考慮到成本因素,輕度動力混合車比重度混合動力車更易被採用。

第二,五家以德國根據地的汽車製造商打造的「LV148」已然讓48V動力供給系統科技近乎到位,成為2011年打造48V動力系統時的標準範本,同時也要求零件製造上在研發期間給予協助。除此之外,鋰離子電池的普及化也使48V動力系統在實行上更容易,其即時充電與放電的特性,讓動力再生的效率及輔助效果皆比傳統鉛蓄電池優秀。

不可否認的是,48V動力系統的油耗量與採用較高電壓的重度混合動力系統相較之下,成效有所折扣;但就操縱安全性而言,48V系統所使用的電壓低於會對人體造成威脅的60VDC,因此安全性更高。不過,跟12V的系統相比,48V系統所使用的較高電壓可讓大功率馬達減少運轉時產生的動力損失。

大廠積極投入

根據歐洲的趨勢調查,許多零件製造商都看好48V系統將在2016下半年或2017年正式啟用。
「目前有超過一打數目的48V系統研發計畫。」根據地設於英國的科技公司Ricardo表示,「在日本有兩個正在進行的計畫,其中一個是由一間一級供應商主導,另一個則是由一間汽車製造商領軍。」
在歐洲,許多汽車製造商,包含德國的奧迪(Audi)、瑞典的富豪(Volvo)都已有以48V系統為基礎研發設計模型,但都尚未公開正式的上市計畫時程。

有五間德國汽車公司已經在2011年表態將轉為使用48V動力系統,分別是奧迪、福斯、保時捷、戴姆勒以及寶馬。其中,奧迪在2012年展示的「iHEV」樣品測試機種已使用48V動力系統技術,使用A7款型。一組以履帶驅動的交流發電機/馬達被安裝在引擎蓋下,同時一組48V的第二鋰離子電池以及一組DC-DC變壓器則安裝於車體內(圖一)。此系統使用48V馬達以及電動空氣壓縮機,同時搭載一個12V鉛蓄電池,以供給其他設備用電。

藉由使用48V交流發電機/馬達,iHEV不僅有再生及輔助的功能,同時在行駛下行斜坡等路段時,可降低引擎迨速或停止運轉的發生機會。因具備有總長度約60公里的線圈驅動器,引擎停止的時間佔總行駛時間的28%;另外,搭配內建的導航系統,在行駛至下行斜坡之前引擎就會自動停止運轉。這些功能讓油耗率下降了10%。
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在2013年11月召開的「48V汽車動力供給系統」會議中,48V動力系統為會議討論主旨。期間法國標致雪鐵龍集團介紹了EMC(電磁兼容性)電磁反制技術,用以裝配48V動力系統。此舉也代表此公司內部早已開始進行相關研究。
同一時間,日本汽車製造商也已經開始研究如何轉用48V動力系統。三菱汽車在2013年的東京車展公開的AR概念車是一小型的多功能休旅車,搭載了一組結合1.1L直噴渦輪引擎以及另一48V履帶傳輸交流發電機/馬達的輕度動力混合系統(圖二),同時橫向安裝一組三汽缸引擎,並在引擎的位置放置一組履帶驅動的發電機/馬達。

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(圖二:三菱汽車的AR概念車,為一款小型的多功能休旅車,搭載一組結合一1.1L直噴渦輪引擎以及一48V履帶傳輸交流發電機/馬達的輕度動力混合系統。)

從12V動力系統提升到48V動力系統最大的優點是可使用高功率馬達。目前裕隆汽車的小型休旅車使用的是12V發動機/馬達,標定輸出是1.8千瓦,主要用途是讓汽車從空轉狀態重新啟動引擎,只有少數狀況用於輔助馬達。

另一方面,48V動力系統增加10到12千瓦的輸出量,並且不會造成任何明顯的電流暴增。一般來說,電阻耗損量與電流的平方成正比,也就是當電壓從12V升至48V時,同樣的輸出量下,所需的電流量會減少至四分之一,而電阻耗損量會剩下原來的十六分之一。

製造發電機/馬達產品相關元件的廠商數有逐漸增加的趨勢,除了已經將產品商品化的法國Valeo集團外,德國的Bosch及Continental、加拿大的Magna等眾多製造商都致力研發發電機/馬達(見附表)。每家公司的狀況不一,但以Valeo為例,透過NEDC(New European Driving Cycle),預期將降低高達15%的產品油耗量。

計畫搭載48V動力系統的車種分為兩組:第一組是包含豪華車款等需要消耗大量電力的車種。這些車種估計需要使用超過3千瓦的電力,非常接近傳統12V交流發電機的發電極限。因此,轉為使用48V電力系統既能改善油耗狀況,也能解決電力短缺狀況。

日經BP社《日本科技產業報告》

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