從儲能再論48V 電池升級終難逃安全“魔咒”？
日期：2024-11-25 07:47:53 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：511近期，汽車圈有關48V微混系統的討論驟然增多。究其因，無非是因為這一號稱“低成本節油技術方案”的低混合動力系統，可以幫助車企有效緩解節能減排的重壓，與此同時，眾多零部件廠商相關量產計劃的先后公布，也使其一時間迎來諸多關注。
在此前文章《48V節油率最高可達20% 三大因素推高行業預期》中，筆者對48V系統的節油關鍵進行了詳細的闡述。結論是，該系統之所以擁有高達20%的節油率，主要是基于制動能量回收、啟停/滑行時停機以及加速輔助、熱管理這三大因素的共同推動。而縱觀這三大環節，我們不難發現，有一項技術始終貫穿其中，那便是儲能技術。
儲能技術的提升
在48V微混系統進入大眾視野之前，12V起停系統已經風靡了相當長的時一段時間，作為一套能自動控制發動機熄火、點火的系統，其能在短暫停車情況下，實現發動機的自動“休眠”，從而達到節能減排的目的。然而隨著高新技術及其裝置在汽車上的廣泛應用，12V系統已不足以滿足其用電需求。
48V系統使這一狀況得到了有效改善，鑒于48V電池及其相關部件的使用，這一系統在儲能方面大大超越了12V系統，也使其除自動起停功能之外，還具備了發動機停機滑行、滑行與制動能量回收、加速助力和電巡航等功能。
那么，12V起停系統與48V混動系統的儲能技術究竟有何區別?
普通的12V起停系統通常采用吸附式玻璃纖維隔板(AGM)電池，其能夠使該系統在汽車停止時關閉發動機，可最多節省5%的油耗。江森自控能源動力業務技術及行業關系集團副總裁瑪麗安·萊特(MaryAnn Wright)近日在接受蓋世汽車記者采訪時表示，與傳統鉛蓄電池相比，AGM電池的技術更加先進，能更好地應對發動機頻繁啟動的壓力，以及汽車不斷增長的電力負荷。
而搭載12V鋰離子電池的先進起停電池系統較傳統機動車系統最多可以減少8%的燃油消耗，較普通起停電池系統最多可減少3%的燃油消耗。同時，這一電池系統也能夠為車輛提供更高電量和負載管理空間。以江森自控為例，其在AGM電池基礎上再配對一個小型的鋰離子電池，通過增加發動機關閉次數，支持回收制動產生的能量，從而優化起停系統運行性能。而整車廠則通常會安裝一個更大的電機，以更充分利用制動能量。
48V微混電池技術的工作原理與12V鋰離子電池系統相似，其由一個48V鋰離子電池配合一個AGM電池、一個電動發電機(代替起動機/發電機)、一個直流穩壓裝置以及48V電網組成。這一系統能夠支持電源配件及實現包括電渦輪增壓等各項功能，并為整車廠節省較高的燃油消耗。同時，48V系統還支持渦輪增壓裝置，有效縮小發動機尺寸、實現自動駕駛及主動安全功能。
江森自控的48V微混電池系統采用的是雙電壓結構設計，即在一輛汽車上搭載兩個電池： 48V鋰離子電池與12V傳統起動電池。48V電池可以向更高功率的負荷提供電力，例如汽車空調、底盤主動安全系統和制動能量回收。該電池能夠進一步減少燃油發動機的工作量，從而達到節省燃油的效果。12V電池可為汽車起動、車內外照明和娛樂系統(如收音機和DVD播放器等)持續提供電力。
需要指出的是，想要48V系統最大程度實現儲能，還需要能量回收系統的配合。通常情況下，48V微混系統涵蓋了48V動力電池、助力回收電機以及電力轉換單元等，而具體的能量回收過程可以概括為：助力回收電機協助進行制動能量回收后，由電力轉換單元將動能轉化為電能，并最終存儲到電池中。相關數據顯示，僅能量回收功能就可以降低大約7%的油耗。以博世為例，其已經實現48V助力回收電機(“Boost Recuperation Motor”，縮寫為“BRM”)的量產。據悉，該電機的最大功率為9.7千瓦，峰值扭矩達56牛·米，發電功率為11.5千瓦，其配合電力轉換單元以及48V動力電池，可以實現滑行起停、能量回收、電機助力以及電爬行等。
電池的安全性問題
毫無疑問，業界的一致看法是，未來電池一定是向著高能量密度、高功率、長壽命的方向發展。而這一切的基礎，則是電池的安全特性。48V系統的動力電池一般采用鋰電池作為主要儲能單元，因為它相比傳統的鉛蓄電池輸出功率更大，使支持數量更多、功率最大的用電設備成為可能。然而與此同時，人們也在擔心其安全性是否能夠得到保障。
不過，這被技術專家們認定為不必要的疑慮。
首先，通過先進的制造工藝和質量管理體系，加諸一系列的性能驗證以及安全實驗，相關電池制造商如今已經能夠保障12V以及48V微混系統用動力鋰離子電池的可靠性及安全性。此外，上述兩種電池體系同樣具備電池管理系統BMS、可靠的機械設計、成套的電池系統管理軟件以及電池熱管理系統等，可以有效避免對電池的不當使用，有效提升電池的可靠性以及安全性。
另一方面，從當前已經推出的混合動力汽車來看，其搭載的電源系統大多超過100V，但在安全性上卻并未“打折扣”，何況48V遠低于這一數字。MaryAnn Wright還進一步表示，低壓技術與新能源汽車所用的儲能技術不同，其不需要投入大量成本、增加車輛的重量和尺寸、使用更加復雜的系統。此外，由于低壓系統低于60V閾值，無需成本高昂的安全配件、系統以及服務程序，“2020年，全球10%-16%的新車都將采用低壓鋰電池解決方案?！?/p>
如上所說，12V鋰離子起停電池和48V微混動力電池同屬于低壓鋰電池解決方案，其中，48V鋰離子電池組系統主要應用在微混動力系統，目前仍處于研發和限量生產水平，而隨著各大相關零部件廠商量產計劃的實施，48V微混市場將提速發展。江森自控預計，隨著全球能耗法規日趨明朗，低壓微混可能在2020年后迎來巨大的發展機遇。而隨著燃油經濟性的關注度越來越高，以及電氣技術的不斷發展，48V技術的運用也將在中國取得很大發展。