功率=电压*电流,百年汽车逻辑似乎一夜之间被这样一个再熟悉不过的公式给替代。于是,在汽车电气化之后追求功率的道路上,电压成为绕不过去的一个技术话题。近来比较受人瞩目的当属800V高压平台。更好地解决续航焦虑,自然是它受到关注的最大原因。当然,随之而来的一揽子制造、配套成本的提升,让这场800V的军备竞赛更显激烈。只不过行业大佬之一的特斯拉,似乎对800V的热情并不高。但这并不意味着特斯拉不知道高压的好处。它所瞄准的并非汽车本体的高压平台,而是把目标对准了低压结构。
在汽车的低压部分,可谓是众生平等。无论是燃油、混动还是纯电动,绝大部分乘用车都需要这样一块12V低压电池。而在消费者口中,这块常年混迹发动机舱角落的“大块头”,被习惯性称呼为电瓶。这也是“老司机”们刚开始喜欢把电动车称呼为电瓶车的原因。
为啥汽车一定需要搭配低压电池?这个问题要问最早的燃油车。由于是纯机械结构,早期的汽车在启动的时候,需要“手摇”这个程序。年纪大一点的车友应该还有印象,比如我国早期制造的老解放汽车,也需要“手摇”启动。电视上也看过一些农用拖拉机,在启动时需要“手摇”。除了“手摇”之外,推车也是另一种办法,小时候燃油公交车熄火了,偶尔需要全车人下去推车启动。只不过推车是一种应急的办法,而且就算在没有使用低压电池的年代,推车也太不“雅观”,与汽车在当时的先进性不匹配。
于是在汽车发明了近30多年之后,车载低压蓄电池开始被引入。引入的初衷很简单,就是为了启动发动机,所以早期的车载蓄电池电压仅为6V。然而伴随内燃机的蓬勃发展,6V电压已经不能解决问题。于是在上世纪50年代左右,汽车的低压系统开始引入12V电压。而这一标准一晃已经执行了近70年。在这段时间里,伴随石油危机与节能减排的发展,内燃机启动给电瓶带来的压力实际是处于减轻的状态。但与此同时,诸如车载空调、灯光系统、多媒体系统等耗电设备也在高速发展。所以整体上,车载低压蓄电池的负担反而是在增加。
解决办法也不是没有,要么提升电压(提升电流上限太低,参考800V高压平台的逻辑),要么切断“非必要”大功率车载电气设备的使用。从后来的发展轨迹来看,车企们显然是选择了后者。首先,提升电压在当时的难度还是太大。这点是基于铅酸电池的特性所决定的。在铅酸电池的逻辑下,无论投放多大容量,能得到的电压始终就在2V这个标准下。而传统汽车在串联6个铅酸电池单元的情况下,得到12V的电压标准。低了肯定不行,高了尺寸又太大,于是久而久之,就形成了现在几乎统一的12V低压标准。
那么对大功率电气设备的断电是可行的吗?早期也是没问题的,举个最典型的例子就是空调。只要让发动机先启动(现在逻辑上燃油车普遍优先启动发动机,即使空调处于默认开启的状态,其启动也会被相对延迟),在不熄火的状态下,完全可以靠皮带带动空调压缩机,实现理论上的空调自由(虽然积碳的风险也在增加)。而这美好的平衡,则是被自动启停给打破了。
还是以空调为例,启停功能的出现,使得车上有人,内燃机不启动这俩场景可以共同出现。而这种体验上的缺陷,并非是燃油车所独有的。随着汽车电气化、智能化的趋势,新能源车所需要负载的车用电气设备也是越来越多。虽然自身携带的动力电池足够大,且空调系统都是直接被高压电池驱动,从而给低压系统进行了大功率减负。但新能源车依旧不能省去低压蓄电池的存在。总之,12V电压既喂不饱燃油车,也喂不饱新能源车。加压已经是势在必行。
既然要加压,那肯定是越大越好。但这仅仅是满足客观限制下的理想状态,实际上车载低压系统被提升至48V,已经是“极限”。相信中学物理已经科普了,虽然专业术语中已经抛弃了安全电压这个说法,但60V的电压“大限”是客观存在的。随之而来的是,在汽车制造中,对于不同电压标准下,绝缘、可靠等维度的标准要求。那为啥是48V呢?因为这里的电压只是一个标准,并非一个恒定值。就像800V高压平台一样,也并非所有厂家都真的可以时时刻刻做到800V“满血”,甚至是“超频”。而在低压系统方面,48V蓄电池的充电电压已经极为接近60V水平。所以,这里完全可以把48V当做一种理论值下,更具有实用价值的冗余。
综合前面聊的几个问题,其实车载低压系统走48V道路,算是一场开卷考试。既然是开卷,那就不可能是特斯拉独有的。以传统车企为例,奔驰的48V轻混系统在燃油车上的使用正在加速铺开。虽然在48V轻混的逻辑下,12V低压依旧同步存在。但奔驰依旧划时代的省去了内燃机的皮带结构,从而将空调系统纳入48V的工作范畴,使内燃机车型也能获得“空调自由”。此外,诸如内燃机的冷却系统,以及电动涡轮的引入等等,都可以依托48V轻混系统,有着更多的可能性。在类似的轻混结构试水中,诸如BBA、两田一产,以及部分中国品牌,也都有涉及。伴随传统主机厂动作的,亦还有博世、大陆、法雷奥、舍弗勒等供应商大厂。
不过要实现以48V电压完全替代传统12V低压系统,专注于新能源车的新兴车企,确实有着更大的优势。从硬件上来说,诸如特斯拉这样的新兴车企,完全依托电气化,以及智能化特色来打造产品。于是对更高电压带来的功能,以及效率上的提升,和背后对续航能力的优化,天然有着更大的兴趣。而且相对依旧保留内燃机的车型而言,一口气将低压系统拔升至48V。如果继续坚持铅酸体系,那么对空间的侵占是毋庸置疑的。而如果替换锂电,发动机舱的高温工作环境,又该如何规避安全问题?或许钠电池是异军突起的解决方案。但在现阶段,新能源车企对于锂电池的理解,以及运用环境的营造,肯定也要更优。
总之,在客观条件范围内,无论高压还是低压系统,其电压都是越高越好。12V电压标准无疑是燃油车时代的遗留问题。然而在排放法规日趋严苛的今天,即便是燃油车,也迫切需要在低压系统上更进一步。所以48V压根不是啥新鲜玩意儿,但是由特斯拉这样的,历史遗留问题较少,且从始至今都专注电气化领域的车企来牵头普及,或许也是时代的必然。
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