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48V电气架构关键技术及产业化路径研究（上）
核心观点1、从技术驱动角度，功率需求激增驱动低压电气平台提升，6kW左右被预测是未来（L4自动驾驶）主流的低压系统功率需求。其中，线控底盘、高级别自动驾驶（Robotaxi）、娱乐系统、热管理系统、特别在商用车领域，是优先落地应用的典型系统；2、从成本驱动角度，提升电气平台可以降低驱动负载电流，进而降低损耗提升效能，降低系统重量和成本，包含线束制造过程成本以及改善整车装配性。但是目前产品技术规模和初期研发成本较高，且对用户直接体验价值贡献低，成为企业决策该项技术导入的重大障碍；3、从产业链成熟度层面，48V电源芯片、高边开关，Gate Driver、桥驱芯片和MOSFET等半导体器件、智能配电eFuse，HV-48V DCDC，48V-12V DCDC等器件已有相关产品，但是未规模化应用成本偏高，无刷电机等执行机构、负载类产品成熟度偏低；整车层面，区域控制架构技术构型方案与量产应用是电气平台快速更新迭代的基石；4、从技术挑战方面， 48V的电弧的检测和抑制更加复杂，针对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，增加的隔离防护技术进一步增加系统成本；原有小功率执行器（水泵类）采用LIN通讯在48V平台上急需低成本平替方案；5、从标准化层面，48V电压标准不完善限制了新的48V半导体器件的开发，尤其是耐压标准；整车低压动力电池体系技术迭代对器件电压平台标准也有调整，此外，短路测试、EMC性能测试等标准化也需要进一步研讨。全面电动化的48V整车环境和工况是一个未被充分研究验证的领域，造成异常电压特性和对应工况尚不清晰，因此如何合理制定包括抛负载，过压等条件的电源系统标准存在挑战，需要重点预研。
1汽车低压电气发展历程及趋势
1.1发展历程
1988年，美国汽车工程师学会倡议将乘用车的标准电气电压提到42V，但受限于12V产业链比较成熟且需求尚不紧迫，并没有实施。2010年，欧洲企业开始在燃油汽车上推动48V系统作为低压系统的主要动力来源。发动机应用怠速启停技术，将12V电源系统承载能力推到极限。2013年国内掀起48V系统在燃油车应用的热潮，满足当时补贴政策需求，后续补贴政策退出且油耗要求不断加严，48V轻混系统节油效果有限，国内企业逐步放弃该技术路线。
1.2需求分析
汽车电动化、智能化、网联化深化与融合发展促进 “软件定义汽车”的加速演绎和进化。高级别自动驾驶系统带来的大算力计算芯片、信息娱乐系统、5G通讯、线控底盘等造成低压系统复杂性和功率消耗激增，汽车电子电气架构集中化、低压配电功能安全、线束轻量化及降本增效成为重要的发展需求。第一，整车全面电动化转型、自动驾驶技术的蓬勃发展催生整车用电功率激增。从系统功率分析看，一方面自动驾驶技术本身感知、高性能计算以及功能升级等增加ECU、传感器等用电器件，使传统汽车12V配电总线无能为力。另一方面，为保障自动驾驶技术落地进一步催生线控底盘的快速发展，特别是主动悬架、后轮转向等对用户体验感知优先落地的配置和功能进一步带来汽车低压系统消耗的电能激增。以主动悬架为例，其需求峰值电功率水平提高到 4 ~5kW 。可以看到自1950年至今，12V电气系统的电流增长650%以上，很明显现有的系统架构需要进行升级。
第二， 区域式、集中式电子电气架构变革成为重塑汽车供电网络的契机和技术底座。分布式的电子电气架构由于算力分散、线束成本及重量、通信带宽低以及集成、升级、维护困难四大问题，难以适应汽车智能化发展趋势。整车电子电气架构集中化趋势愈加凸显，集中式电气控制架构的演进和升级，为低压电气架构迭代构筑基础和需求。从汽车产业整体低碳化转型发展，各个系统都面临低能耗、轻量化、环保化转型，而区域/集中式控制架构与低碳化发展相辅相成。集中式电子电气架构对线束轻量化效果突出。特斯拉Model 3进入中央集中式控制架构，降低线束长度，节省重量成本预计50%。
图 3 特斯拉低压电气系统线束铜的重量
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