汽车48V系统技术、节能、成本及竞争力分析

作者 ` 肖凯、庞有俊、孟健（中国汽车技术研究中心有限公司）来源 ` 期刊--《时代汽车》；智数汽车大数据

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摘 要： 随着各国油耗法规的日益严苛，汽车电动化的趋势逐步提速。但现阶段纯电动车尚且面临诸多问题，用户和整车企业都需要一种更经济便捷的过度方案，由此，技术门槛低，架构简单的48V微混系统成为了许多车企研发的方向，本文以48V微混系统为主线，在梳理其技术细节和实用效果的同时，重点剖析其技术在当前国内的市场竞争力，并对48V系统的未来进行展望。

关键词： 48V系统；乘用车；市场分析；新能源汽车；技术应用

1 48V系统发展历程

从1886年第一辆汽车面世，到1918年汽车开始引入蓄电池，中间经过了近30年。随着起动机的广泛应用，蓄电池很快就成为了大部分汽车的标准配置，为了平衡安全电压及成本，业内选用12V作为汽车电气化标准电压。但随着大功率用电器的集成化发展，12V的标准电压已无法满足需要，需要发动机频繁的介入（带载空调，怠速启停等），这也对车辆的油耗产生了负面影响。于是，电气系统的升级开始成为诸多企业的研发方向。2011年，奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷、大众等诸多车企及供应商联合推出了48V电压标准，相较于原先的12V标准，48V在同等截面线束下可实现4倍于12V的功率，这使得在同等功率下，整个电容器组的价格降低到12V系统的三分之一左右，使车辆的进一步电气化成为了可能，高压系统可支撑更高效的启动电机，从而实现更加平顺的怠速启停，同时，提高系统电压还可相应地降低电流， 减少在导线和用电器间的功率损耗，支撑更多大功率用电器（如电子涡轮，电子主动防倾杆等），减少发动机负载，从而达到节油的目的。2 48V微混系统综述

2.1 混动系统构型及特征

在了解48V微混系统之前，需要先了解混合动力动力系统，目前业内主流根据电机输出方式和电池容量的差异进行分类，分为常规混合动力汽车（HEV），插电式混合动力汽车（PHEV），和增程式混合动力汽车（RE-EV）。同时，在单电机混合动力系统中，根据电机与发动机的相对位置不同，还会将混动方案分为5种构型，即P0，P1，P2，P3，P4构型，P0，P1类型位于发动机端，主要用于给发动机提供辅助动力，一般用于弱混车型，P2，P3，P4构型电机位于动力轴上，与变速箱或输出轴相连，电压较大，电机参与度较高，目前主要用于插电混动等重混车型。而除此之外，还有通过行星齿轮组分流功率的PS构型，主要用于丰田，通用等车企的HEV车型。严格来说，48V系统作为12V系统的补充，电池容量和电机功率都不大，无法作为独立动力源提供扭矩，而P1，P2，P3，P4，PS等构型中都需要电机一定程度上提供纯电行驶能力，电池容量和电机功率都要求更高。所以目前48V系统主要应用于P0系统中，业内普遍按参与度称其为MHEV（Micro Hybrid Electric Vehicle），即微混汽车。如无特别说明，本文所称48V微混系统，均指以P0构架为基础，借助48V电气系统实现功能的微混系统。

2.2 48V微混系统技术特征

相较于其他高压混动系统，微混系统需要连接在发动机皮带轮上，主要利用BSG电机协助启停和怠速滑行等功能，其主要动力源还是发动机，其功能和其他构型的混动系统差异如表1：

表1 各混动构型可实现功能对比表

由表1可知，48V微混系统借助P0架构能实现一定的节能效果，在实际应用中，借助高压启停系统，发动机可更快进入万有特性中的经济区，减少低效率工作时间，减少启动时的震动和噪音。同时在减速滑行时，可利用BSG电机进行能量回收，补充48V电池及12V电池，支撑空调，转向助力等系统，减少发动机负载。同时，48V系统还可以和其他重混方案组合，形成PO/P3或P0/P4架构，用于减少动力切换时的顿挫和冲击，带来更好的NVH性能。

2.3 48V微混系统节能效果及成本

尽管48V微混系统节能效果有限，但其优势在于低廉的改造成本，这使得其相较于HEV和PHEV能够有更高的普及度，在进行48V微混系统的市场竞争力研究前，有必要了解其改造成本，结合各企业的公开数据及美国EPA所作研究，可估算出48V微混系统的主要新增项目及成本如表2所示。表2 48V系统改造项目及成本

而在估算使用成本之后，还需要对48V微混系统的节能效果进行评估，在NEDC工况下，将48V微混车辆与传统车进行对比测试，检测车辆废气中的CO排放量和实际油耗来判定节能效果，计算可知，48V微混系统可节油约13.57%，但对排放收益不明显，将其和现有成熟的混动架构对比，可得下表3：表3 各构型节能效果及成本对比

由此可见，48V微混系统有较为明显的成本优势。远期来看，随着电气化产业的不断成熟，48V微混系统的成本降进一步下降，预计在2020年将下降至5000元以内，成本已经接近常规机械节能技术，相较于HEV及PHEV车型，48V微混系统车辆在售价上更接近传统燃油车，在减少油耗，降低使用成本的同时，减少消费者付出额外的购车成本，作为全面新能源化前的过渡方案，具有一定的市场竞争力。3 48V微混系统市场竞争力研究

3.1 48V微混系统市场前景

随着经济环境的变化和汽车产业的成熟，客户对于车辆的使用成本会更加敏感，正如上世纪的美国石油危机促进了小排量车的发展，近年来国内的经济环境也促使消费者购车时更加理性，2018年国内汽车销量出现了30年来的首次下滑，从表3.1可以看出，随着油价的升高，油耗较高的SUV市场份额开始缩小，更经济实用的轿车开始重回主流视野，而在油价下降后，SUV的比例又有所回升，这都说明了当前用户对车辆的油耗性能提出了更高的需求。目前48V微混车辆尚未大规模上市，参照成熟的HEV车型销售情况（丰田THS，本田IMMD）可以看出，随着消费升级的影响，HEV车型的接受度在逐步提高，尽管HEV车型不能享受到牌照优惠和政策补贴，用户仍愿意为更好的节能效果和驾驶体验为其支付1～2万元的车型溢价。这也为MHEV车型的发展提供了良好的环境，虽然其节能效果和驾驶体验不如HEV车型，但溢价更低，更容易被消费者接受。

3.2 48V微混系统定价策略研究

作为新兴配置，48V微混系统在普及之初需要一定的溢价来平摊研发成本，但如果定价过高，就失去了48V微混系统的低成本优势，消费者接受度必然会降低。因此有必要针对48V微混系统的定价策略进行研究分析。为了方便定价研究，我们在此引入PVA（Perceived Value Adjustment）的概念，即“消费者感知价值”，这是各类企业中广泛运用的一种分析方法，用于研究消费者愿意为某一配置或功能购买而承担的金额。是消费者对某一配置或功能所具有价值的一种主观认知，可用于产品竞争力分析和定价决策。目前48V系统作为新兴配置，暂时无法直接调研用户获得PVA，我们利用油耗值的下降来间接判定PVA指标，经由调研和数据分析，同时参照2018年全年的车辆销售情况，以工信部综合工况油耗为基准，可得出各级别车型的加权平均油耗，假设采用48V系统后可节油13%，可得出PVA差值如下表4：表4 搭载48V微混系统平均PVA差值

由4表格可知，由于A0级，A级轿车基础油耗较低，用户的油耗感知价值也不高，则48V系统接受度偏低。而在B级以上车型中，油耗感知价值较高，尤其在油耗偏高的SUV车型中，用户能够接受更高的溢价。但总体来说，仅节能效果一项改进，其溢价并不足以覆盖48V系统高达5000元的硬件成本，则车企在节能效果之外还应着重利用微混系统其改善车辆的NVH性能，参考HEV产品的高低配并行策略，通过改善整体产品力的提高溢价，才能更好的平衡成本。4 结语本文总结了48V微混系统的技术原理，并针对市场实际情况结合PVA调研进行了竞争力分析，研究表明，48V微混系统可以实现10%-15%的油耗改善，但投入成本和研发周期却远低于HEV和PHEV车型，在售价上也更有竞争力，目前HEV系统已开始筑起专利壁垒，短期内研发难度大，48V作为低成本方案，既可以满足日益严苛的油耗法规，又可以作为重混方案的技术储备，可作为整车企业的有效过渡方案甚至标配方案。但是，48V微混系统的发展也面临着诸多挑战，用户认知度不高，溢价能力偏弱等问题都十分的明显，国内的政策也没有对48V系统有额外的支持，其研发成本只能整车企业自行承担，这也使得48V系统目前在国内的受重视程度偏低。但我们必须意识到，随着新能源补贴的退出，新能源汽车市场也会面临更多挑战，目前国内充电网络发展不平衡，大量三四线城市充电还十分不便，燃油车和混动车还将在很长一段时间内作为销量的主力，其市场接受度也会高于EV和PHEV车型。企业有必要重视48V系统和混动系统的研发，才能在未来的市场竞争中保持领先地位。