雖然48V電力系統(tǒng)作為未來車用用電標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)之一並非是最新的議題，但是在陸續(xù)被發(fā)不出來的訊息裡，可以查覺到，未來車用電壓排除其他電壓規(guī)格，而採用48V電力系統(tǒng)似乎已經(jīng)是底定的了。

從車用電壓6V、12V再到48V電力系統(tǒng)

先來簡單回顧一下，車用電壓的發(fā)展。

在1970年代的汽車已經(jīng)開始導(dǎo)入各種電子設(shè)備，當(dāng)時(shí)便出現(xiàn)過一次，6V電壓系統(tǒng)與12V電壓系統(tǒng)的車用電壓標(biāo)準(zhǔn)爭奪戰(zhàn)。由於車用的電子零件，例如配有錄音帶卡匣的音響、車用控制電腦、定速裝置、ABS…等等大量採用積體電路，使得6V電壓系統(tǒng)無法滿足日益增多的車用電器功率需求，因此敗陣下來，導(dǎo)致汽車產(chǎn)業(yè)全面採用12V電壓的系統(tǒng)。

到了1990年代，新一代的汽車設(shè)計(jì)更是朝向安全、舒適化因此更離不開各種新穎的電子設(shè)備(圖一)，逐漸的12V的電壓系統(tǒng)對(duì)於電子設(shè)備的用電需求，也開始出現(xiàn)有點(diǎn)力不從心，因此美國SAE會(huì)議進(jìn)行了一連串的討論，希望把車用電氣平臺(tái)從現(xiàn)有的12V提升到42V來滿足未來的需求，不過結(jié)果是失敗的。原因是對(duì)於42V供電來說，是一場(chǎng)汽車架構(gòu)的革命，在當(dāng)時(shí)需要將車用所有的電子零件進(jìn)行全面化革新，這無異是一場(chǎng)大浩劫，因此除了部分元件採用42V驅(qū)動(dòng)電壓之外，其餘大部分的設(shè)備仍舊維持在使用12V電壓來驅(qū)動(dòng)(圖一)。

圖一 : 依賴電力下汽車的設(shè)計(jì)，不斷朝向更是朝向安全、舒適化

時(shí)至今日，環(huán)保意識(shí)大幅度抬頭，油電混合動(dòng)力、全電動(dòng)力等等的新一代汽車被發(fā)表出來，再加上歐洲在2020年須達(dá)到95g/km法規(guī)的決議，事實(shí)上，面對(duì)這些動(dòng)力，12V電壓已經(jīng)是無法負(fù)荷所需，因此次世代的車用電壓議題又被提出來討論，與上次1990年代不同的是，電壓標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)者已經(jīng)由美國轉(zhuǎn)變成德國(圖二)。

圖二 : 德國德國五大車廠主導(dǎo)者此世代車用電壓標(biāo)準(zhǔn)

德國五大車廠強(qiáng)勢(shì)推動(dòng)48V電力系統(tǒng)

奧迪、寶馬、賓士、保時(shí)捷和福斯，這5家德國汽車廠聯(lián)手製定了LV148標(biāo)準(zhǔn)，並決議將LV148作為48V電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，採用了漸進(jìn)式的轉(zhuǎn)換，在12V車用電氣平臺(tái)上透過DC/DC轉(zhuǎn)換器，在架構(gòu)出一層48V電壓的供電系統(tǒng)，達(dá)到48V/12V雙總成電壓(圖三)。

圖三 : 透過DC/DC轉(zhuǎn)換器，在架構(gòu)出一層48V電壓的供電系統(tǒng)，達(dá)到48V/12V雙總成電壓。

不過，42V與48V一樣，屬於60V以下的低壓電力，當(dāng)時(shí)42V電力革命時(shí)是以失敗作為收?qǐng)觯瑸楹螘r(shí)至今日48V卻備受注目，更是被視為解決目前電力驅(qū)動(dòng)種種問題的救星。其中的差別是，當(dāng)時(shí)42V電壓系統(tǒng)的目的在於，為車輛提供更多電力，但當(dāng)時(shí)對(duì)於「更多電力」卻沒有迫切的需求。但是現(xiàn)今，環(huán)保節(jié)能的壓力、隨著車輛智慧化而帶起的電氣化趨勢(shì)，各方面的系統(tǒng)，對(duì)於電力的需求卻是相當(dāng)急迫，這些都是48V所能展現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)性，例如自動(dòng)駕駛的應(yīng)用，採用自動(dòng)駕駛技術(shù)的車輛，必然會(huì)拋棄傳統(tǒng)的液壓方式而改為電控，這時(shí)如果仍舊採用12V的電壓系統(tǒng)平臺(tái)，勢(shì)必?zé)o法順利驅(qū)動(dòng)與控制無人駕駛的車輛。

所以越來越多的汽車系統(tǒng)已經(jīng)從機(jī)械或液力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)為電力驅(qū)動(dòng)，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、水幫浦等這些相當(dāng)耗電功能應(yīng)系統(tǒng)，這些將會(huì)從48V電壓機(jī)制中供應(yīng)電力，而包括傳統(tǒng)照明和資訊娛樂等等則是由12V電氣系統(tǒng)供應(yīng)，因此12V電氣系統(tǒng)不會(huì)很快消失。車上的電器將由12V和48V電力系統(tǒng)聯(lián)合供電，避免因?yàn)殡妷旱捏E然改變，讓全球的汽車業(yè)界出現(xiàn)無法因應(yīng)的影響(圖四)。

圖四 : 車上的電器將由12V和48V電力系統(tǒng)聯(lián)合供電

48V電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸被發(fā)掘出來，例如，目前的採用12V的電壓的怠速熄火系統(tǒng)(start-stop system)一直被駕駛者所抱怨，尤其是在市區(qū)內(nèi)行駛時(shí)，面對(duì)紅綠燈或短暫停車時(shí)，怠速熄火系統(tǒng)的工作並不順暢，但是當(dāng)採用48V電壓的供電之後，不順暢的問題便得到大幅度的改善。除此之外，從Audi的例子中就可以感受到，48V電力系統(tǒng)對(duì)歐洲車廠的吸引力。原本一直困擾著德國AUDI車廠SQ7車款的渦輪增壓引擎增壓遲滯，在導(dǎo)入以電動(dòng)超級(jí)充電48V電力系統(tǒng)的電子式雙渦輪增壓系統(tǒng)之後，這樣的問題便迎刃而解，更能充分發(fā)揮出SQ7車款的高價(jià)值。

享受到充沛動(dòng)力的即時(shí)輸出

因此，在這種環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)的12V電子系統(tǒng)變得越來越捉襟見肘。48V系統(tǒng)便逐漸被重視。在豪華車上面，這種趨勢(shì)越來越明顯。例如賓利車廠就用了一個(gè)48V的電池去驅(qū)動(dòng)電動(dòng)防傾桿系統(tǒng)，以達(dá)到更好的操控。而Audi也同樣用了同樣的電池組去為電動(dòng)增壓器供電。而電動(dòng)增壓器供電對(duì)於提高汽車的加速能力有很大的幫助。Delphi Automotive PLC的E-charger就被應(yīng)用在本田的新一代設(shè)計(jì)上面，讓汽車在很低的引擎轉(zhuǎn)速，強(qiáng)化了怠速熄火系統(tǒng)的啟動(dòng)能力。

升級(jí)48V電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什麼，Audi認(rèn)為傳統(tǒng)使用12V電壓配置與鉛酸電池之組合，約可供應(yīng)3kw之電能輸出，能夠供應(yīng)一般車輛上用電低的電子設(shè)備，但其實(shí)已負(fù)荷不了現(xiàn)代化或是替代能源車款對(duì)於電力的需求，更負(fù)擔(dān)不了電子渦輪增壓器所需電力，因此才加上了這套48V電力系統(tǒng)配置，原廠表示這套獨(dú)立48V電力系統(tǒng)可提供10kW電能，比12V供應(yīng)的3kW電能多出幾倍，如此才讓喜愛駕駛的車主能夠享受到充沛動(dòng)力的即時(shí)輸出(圖五)。

圖五 : 在48V電力系統(tǒng)下，3KW~10KW的架構(gòu)驅(qū)動(dòng)最適當(dāng)。

更高的電壓，帶來的影響力也更大，一個(gè)48V的電池能夠供應(yīng)的汽車電量是12V電池的四倍，這樣得改變，就可以強(qiáng)化風(fēng)扇、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)架、泵和壓縮機(jī)使得產(chǎn)品更有效率，同時(shí)這對(duì)電子線束尺寸和重量也了很大的改善。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，汽車所使用的電壓如果高於60V，需要進(jìn)行更多的電子方面工程，包括更高標(biāo)準(zhǔn)的抗電磁波、線管和連接器的安全需求，如此一來勢(shì)必也會(huì)加重成本的負(fù)擔(dān)。

如果將電壓保持在這個(gè)電壓以下，世界上最大的汽車零部件製造公司之一的Delphi Automotive PLC估算，輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的成本能夠控制在800到1200美金之間。根據(jù)拇指法則，汽車在MPG獲得的燃油節(jié)省技術(shù)上面投入的成本有個(gè)期望，那就是每提高一個(gè)百分點(diǎn)可以支付的成本為50到100美金。這個(gè)輕度混合動(dòng)力成本正是滿足需求的產(chǎn)品。

日本車悄然從重混合動(dòng)力轉(zhuǎn)向

同時(shí)若怠速熄火時(shí)，鋰電池儲(chǔ)存的電能亦可分?jǐn)傘U酸電池負(fù)荷，一起供應(yīng)車輛電子或空調(diào)設(shè)備用電，不僅如此，由於電壓提高至48V、電流較小，因此也將可使用較細(xì)的電纜，盡可能降低車輛負(fù)重。不只Audi受惠於48V電力系統(tǒng)而開發(fā)出更高附加價(jià)值的車種，並且將48V電力系統(tǒng)持續(xù)導(dǎo)入其他包括Q8、RS 5 TDI…等車款，包括Volkswagen的「Golf 8」、Volvo的「V40」也計(jì)畫導(dǎo)入48V電力系統(tǒng)。

歐洲的汽車產(chǎn)業(yè)，由於各大車廠之間原本就存在橫向的各種技術(shù)或商業(yè)合作，決定以48V電力系統(tǒng)的「LV148」作為標(biāo)準(zhǔn)之後，在未來的新車款設(shè)計(jì)與導(dǎo)入更為容易，面對(duì)配置100V以上高電壓型電池的重混動(dòng)力汽車是市場(chǎng)主流的日本車來說，是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的商業(yè)策略。

當(dāng)然這樣的平臺(tái)變化，對(duì)於發(fā)展重混合動(dòng)力的日本來說，應(yīng)該是一項(xiàng)相當(dāng)大的壓力，日本車廠一直在油電混合動(dòng)力領(lǐng)域有著比較大的優(yōu)勢(shì)，並且在技術(shù)上引領(lǐng)著世界，對(duì)於輕混合動(dòng)力系統(tǒng)則一直處於保守觀望態(tài)度。目前的主流是配置100V以上高電壓型電池的重混合動(dòng)力汽車，採用的是100V以上的鋰離子充電電池模組，雖然能使混合動(dòng)力汽車(HEV)大幅提高燃油效率，但專用元件和耐壓元件成本是蠻高的。雖然日系車廠轉(zhuǎn)換到使用48V電力系統(tǒng)也會(huì)增加成本，但是相對(duì)於純電動(dòng)汽車或重混汽車的成本來說，48V電力系統(tǒng)可節(jié)省成本40%~60%，而且48V鋰離子充電電池模組還能提高10～15%的燃油效率(圖六)。

圖六 : 日本目前的主流是配置100V以上高電壓型電池的重混合動(dòng)力汽車

例如，豐田早在1997年就量產(chǎn)了混合動(dòng)力車型PRIUS，採用了自行開發(fā)的E-CVT無段變速，如今PRIUS已經(jīng)發(fā)展到了第四代，其油電混合系統(tǒng)有著世界頂尖的燃油消耗率。除了豐田，日本的另一家大型車廠本田也不甘落後，在最新的本田雅哥上量產(chǎn)了i-MMD混合動(dòng)力系統(tǒng)，這套系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的變速箱，由離合器片直接將動(dòng)力輸出，其與豐田的混合動(dòng)力技術(shù)一樣，能達(dá)到5L/100KM的油耗能力。

日本電池業(yè)者推出48V鋰離子電池組

BOSCH方面曾表示，多家日本車廠已經(jīng)向他們訂購了48V輕油電混合系統(tǒng)，從2019年開始提供48V系統(tǒng)產(chǎn)品。雖然輕油電混合動(dòng)力搭配電壓更高的車載電源，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的怠速熄火系統(tǒng)、動(dòng)力輔助以及能量回收等功能。但從技術(shù)難度燃燒效率角度來說，日本所擅長的重油電混合動(dòng)力都要高於48V輕混系統(tǒng)，那麼如今這些日系車廠為何要投向48V電力系統(tǒng)？

除了48V電力系統(tǒng)的壓力已是不可擋之外，隨著全球越來越嚴(yán)格的CO2排放量等有關(guān)燃效的規(guī)定生效，車廠也推動(dòng)汽車動(dòng)力部分的電動(dòng)化。和需要高壓的重混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，由於48V輕混合動(dòng)力系統(tǒng)具有更容易搭載，成本也更容易控制等，與汽油車相比，輕混合動(dòng)力車的二氧化碳排放量最大可降低15%左右，而且系統(tǒng)還增加了馬達(dá)，使得汽車可以獲得額外的驅(qū)動(dòng)力。因此除了歐洲車廠正在積極地推動(dòng)實(shí)用化外，日本車廠也不得不正視與因應(yīng)這樣的潮流變化。

面對(duì)48V電力系統(tǒng)時(shí)代的到來，日本相關(guān)業(yè)者也早就開始進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備。

48V電力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一在於鋰離子電池的技術(shù)。目前市場(chǎng)上的48V鋰離子電池組一般由12~13個(gè)單體電池組成，多用於小型純電動(dòng)車領(lǐng)域如電動(dòng)單車、電動(dòng)機(jī)車、電動(dòng)三輪車等，還有電動(dòng)工具等方面。

鋰離子電池技術(shù)不僅僅提供超過鉛酸電池3倍以上的能量密度，在充電性能方面也優(yōu)於鉛酸電池，能更有效地儲(chǔ)存汽車本身發(fā)電量。鋰離子電池單體電壓為3.7V，為了達(dá)到電動(dòng)汽車使用的電壓要求，就需要將單體電池進(jìn)行串並聯(lián)組成電池組，以滿足電動(dòng)汽車使用時(shí)需要的高能量高功率條件(圖七)。

圖七 : 鋰離子電池組是由單體電池進(jìn)行串並聯(lián)組成

不過，串並聯(lián)組成的鋰離子電池組也有使用上的困擾，如果其中一個(gè)電池經(jīng)過多個(gè)充電/放電周期後，其充電狀態(tài)不能周期性地與其它電池平衡，最終會(huì)進(jìn)入深度放電狀態(tài)而導(dǎo)致?lián)p壞，影響到整組電池的運(yùn)作甚至造成電池組故障，因此在系統(tǒng)上就需要進(jìn)行即時(shí)電池檢測(cè)（BMS: Battery Management System），來監(jiān)視測(cè)量包括電壓、電流、荷電狀態(tài)等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)單一電池出現(xiàn)異常時(shí)，就必須更換單體電池以延長電池組的續(xù)航能力和使用壽命。

因此，日立針對(duì)中混動(dòng)力汽車，開發(fā)了新一代高動(dòng)力輸出的48V鋰離子電池組，這款新開發(fā)的48V鋰離子電池組將前述的BMS功能整合到電池組中，此外還將電池單體、繼電器、保險(xiǎn)絲組裝載於同一箱體內(nèi)，也強(qiáng)化了耐低溫的能力。同時(shí)日立也對(duì)電池的電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微米級(jí)改良，形成了鋰離子易於流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，在不降低電極薄膜厚度的前提下，大幅的減少電阻，進(jìn)而提高了輸出密度。同時(shí)，日立更進(jìn)一步地改良了正極、負(fù)極的材料，使得單位重量所積蓄的鋰含量能夠有效的提升，來增加能量密度，輸出密度達(dá)到過去的1.25倍(圖八)。

圖八 : 日立針對(duì)中混動(dòng)力汽車，開發(fā)了新一代高動(dòng)力輸出的48V鋰離子電池組

48V電力系統(tǒng)將以89%高成長發(fā)展

48V電力系統(tǒng)變得越來越流行了，而主要可以歸功於被要求滿足燃油經(jīng)濟(jì)和二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)。尤其在歐洲等先進(jìn)的國家，這兩個(gè)方面的受到關(guān)心程度尤其高。根據(jù)協(xié)議預(yù)計(jì)到2020年，歐洲每公里的行駛帶來的二氧化碳排放為95克，而中國也制定的相對(duì)應(yīng)的規(guī)範(fàn)，希望到2021年每公里帶來的二氧化碳排飯也會(huì)低於117克，而美國則是到2025年，每公里行駛的帶來的二氧化碳排放為101克(圖九)。

圖九 : 全球各主要工業(yè)國已訂定汽車二氧化碳排放排放標(biāo)準(zhǔn)

48V電力系統(tǒng)取代12V電力系統(tǒng)帶來的不僅是成本的降低，更重要的是，48V電力系統(tǒng)能夠提供更多的電量，滿足不斷增加的各種汽車功能的需求。

毫無疑問，48V電力系統(tǒng)將會(huì)成為主流。據(jù)Technavio最新報(bào)導(dǎo)顯示，48V電力系統(tǒng)的全球市場(chǎng)，預(yù)測(cè)2017-2021的複合年增長率（CAGR）激增89%。Technavio 的Siddharth Jaiswall認(rèn)為：「日本、印度、韓國等亞太地區(qū)的國家均在研發(fā)並採用低成本的48V系統(tǒng)，在預(yù)測(cè)期內(nèi)將大幅推動(dòng)中國的市場(chǎng)銷量。對(duì)於印度、韓國、香港和新加坡等國家和地區(qū)，在當(dāng)前高電壓混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)尚未占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位前，48V電力系統(tǒng)將被大量推廣採用。」