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從儲能再論48V 電池升級終難逃安全“魔咒”?

鉅大LARGE  |  點擊量:576次  |  2021年12月25日  

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“低成本節油技術方法”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,重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。

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那么,12V起停系統與48V混動系統的儲能技術究竟有何差別?


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(MaryAnnWright)近日在接受蓋世汽車記者采訪時表示,與傳統蓄電池相比,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,以及汽車不斷上升的電力負荷。


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供應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,通過新增發動機關閉次數,支持回收制動出現的能量,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供應電力,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)持續供應電力。

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要指出的是,想要48V系統最大程度實現儲能,還要能量回收系統的配合。通常情況下,48V微混系統涵蓋了48V動力鋰電池、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(“BoostRecuperationMotor”,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?!っ?,發電功率為11.5千瓦,其配合電力轉換單元以及48V動力鋰電池,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系統的動力鋰電池一般采用鋰離子電池作為重要儲能單元,因為它相比傳統的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,可以有效防止對電池的不當使用,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。MaryAnnWright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,其不要投入大量成本、新增車輛的重量和尺寸、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離子電池解決方法。”


如上所說,12V鋰離子起停電池和48V微混動力鋰電池同屬于低壓鋰離子電池解決方法,其中,48V鋰離子電池組系統重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執行,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技術的運用也將在我國取得很大發展。


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