梅賽德斯-奔馳的微混動力 48V電機系統解析

近幾年來，一種新的混合動力系統變得普及起來，以梅賽德斯-奔馳為代表的德國汽車品牌紛紛將其引入旗下的主力車型，這種系統就是48V電機系統。梅賽德斯-奔馳已經在S級、CLS級、C級等車型上引入了這套系統，國產的梅賽德斯-奔馳C 260 L 運動轎車和C 260 運動轎車也裝備了這套系統，未來更是會推廣到所有車型。那麼，48V電機系統到底是做什麼用的？它是如何發展來的？它的主要特色是什麼？未來前景如何？

在理解48V電機系統之前，我們要講一個概念：Mild hybrid，可以翻譯成弱混或者微混，與之對應的就是像豐田普銳斯那樣的傳統混合動力車，即可提供一定純電動續航里程的強/中混、插混車型，48V電機系統正是當前最主流的微混系統。它使用的電池組容量較低，電機功率也不高，通常只有十數千瓦，但這套系統可以讓汽車在一些工況下不啟動發動機，比如滑行、制動和停止時，也能利用制動過程以充電方式回收動能。

在2009年發佈的奔馳S 400 Hybrid也是一款微混車型，它也是最早採用鋰離子電池組的混合動力車型，雖然以3.5升V6發動機為動力，但綜合百公里油耗僅有7.9升。不過，這款車的微混系統並非48V電機系統，它的三相電機採用120V電壓，還需經過直流-直流轉換器變成12V電才能為大部分車載電器供電。

可見，弱混能起到降低油耗的作用。其實，最早的弱混還用到了42V系統（以通用汽車為代表），最早可追溯到1990年，並形成了一些標準，還在2000年左右投放市場。直到2011年6月，戴姆勒、寶馬、保時捷、大眾聯合推出48V系統，同年發佈了48V技術規範LV148，48V系統才演變為主流，之後，沃爾沃、捷豹路虎、三菱等也加入進來。

48V電機系統的實際組成件主要包括直接/直流轉換器、逆變器（直流/交流轉換器）、48V電池組、電機/發電機等零部件，目前主要的供應商有博世、大陸、舍弗勒、江森自控、德爾福等。下圖是德爾福的48V電機系統的結構示意圖，可以看出是採用48V總線與傳統12V總線共存的技術方案。

為什麼要推出48V電機系統呢？前面已經說過，這套微混系統確實能起到降低油耗的作用。由於歐洲將在2021年公佈下一輪汽車排放指標，肯定比現在更嚴格，預計只有大量銷售純電動和混動車型才能滿足，所以必須轉向混合動力。更重要的是，48V系統不需要較大成本的高壓線路防護，因而繞開了高壓混動系統（200-600V）最為討厭的電氣安全難題，從而降低了系統成本。可以說，48V電機系統是當前市場性價比最高的降油耗技術方案。

據有關統計，裝備一套48V電機系統會帶來800-1000美元的成本增量，但相比同樣動力、排放水準的柴油車型，48V電機系統可以讓整車的實際成本降低600-1000美元。只是由於鋰離子電池組的容量較低，所匹配的電動機的功率也不高，這套系統不能單獨驅動車輪，也就是無法提供純電動行駛能力。

48V電機系統的主要部件是電機/發動機與電池組，在降成本方面也有一些成果。比如博世開發的48V鋰離子電池組，可以不需要主動冷卻系統，並且只需要塑料封蓋就行，而不需要一般電池組所使用的金屬封蓋。博世是許多車企的主要供應商。

下面回到梅賽德斯-奔馳車上的48V電機系統，目前它已經用在了奔馳C 200、C 260、CLS 350、CLS 450、GLE 450、S 450、S 500和奔馳-AMG CLS 53、GT 53、E 53等車型上。在2018款奔馳S級上，它與3.0升直六發動機一起構成微混系統，可以用48V系統為電子渦輪、油泵、氣泵、空調壓縮機、水泵、啟動電機等提供動力。

由於ISG的存在，像水泵、空調壓縮機這樣功率較大的設備可以由ISG驅動，而不像普通車輛那樣必須依靠發動機的運轉，這樣的話，可延長車輛停止時（如等紅燈）發動機停止運轉的時長，從而降低整車能耗。ISG較大的功率也能讓發動機再啟動時更加快速，令人覺得啟動時更安靜、平順。另外，當電池組充電足夠時，在下坡路段，或判斷需停止前就能關閉發動機，也就是實現了滑行模式。

48V電機系統的存在，還有一個好處就是可以將怠速轉速調得更低一些，在奔馳S級上最低只有520轉/分，而一般車輛是600-800轉/分。怠速轉速低至少有兩個好處，一是消耗的燃油更少，二是車輛的震動更輕微，令人覺得更舒適。另外，48V電機系統令奔馳S 500以直六發動機獲得了堪比V8發動機的動力水平，百公里加速只需4.8秒。據奔馳官方數據，這套系統相比它所取代的4.0升雙渦輪增壓V8發動機，燃油效率增加了22%。

不過，在梅賽德斯-奔馳C 260 L 運動轎車和C 260 運動轎車上使用的48V電機系統是依託RSG構建的，也就是以帶傳動的大功率啟動電機/發電機為基礎，但它所帶來的好處與在奔馳S級上基本相同。由於其裝備的新款M264 1.5升直四發動機採用的是雙渦流技術，因此也沒有裝備電子渦輪增壓器，但整車動力水平仍然處於同級別領先地位。

與前面奔馳S級一樣，48V電機系統也為奔馳C級帶來了“行駛靜、啟動加速順、油耗省”的三大優勢。“靜”是因為電機功率更大，它可以在一些情況下代替發動機供能給車載電器，可以讓發動機完全關閉，從而像電動車一樣安靜；“順”是因為大功率電機可以更輕鬆、快速地啟動發動機，在冷啟動、啟停、加速時都會更輕快，而匹配的9擋自動變速器也令動力傳輸更平順；“省”是因為微混系統可以更合理地利用發動機的運轉，在比較費油的冷啟動、低速階段依靠電機輔助。

面對更加嚴格的排放規定，為追求更經濟的油耗，再加上對於製造成本的考量，眾多車企轉向了48V電機系統。可以說，這種微混的油電混動是當前最主要的發展趨勢。據德國大陸集團的預估，48V電機系統將在未來幾年內快速發展，在2020年佔有全部汽車市場份額的4%，而在2030年更是能達到22%的份額。事實上，曾經被歐洲追捧的柴油動力已經在轉向以48V電機系統為代表的微混動力，奔馳也將全面採用這套行之有效的動力系統。