总成架构的演变——失败的42V电池总成与成功的48V电源总线

2V汽车上的加价是很有限的。用42V电压取代14V电压，没有太多明显的用户价值。所有的舒适功能都必须以任何一种“附加”或“选项”的形式进行支付。但是，最为增加成本的42V系统。无论是14V还是42V的电子系统，对汽车用户而言看不到任何区别。较大马力的发动机或更高的动力系转矩都可能会带来驾驶体验的显著提升，与之不同，整体而言，提升的总成电压并不能提供任何显著、直接、“能感觉到”的超级驾驶感受。因此，42V产品没有显而易见的终端用户值，可以作为营销点或用作良好的附加值卖点。这个问题的根本仍然是最初的预期节能的正向“业务案例”和42V总成提升效率不能为终端客户提高具体投资回报。遗憾的是，42V的概念未能提供一个极具竞争力的价值。而现在的混合动力解决方案不同，通过对交流电机再生的总成能量被良好利用，42V油耗仅实现了很少的、个位数的提升，因此，仅轻微降低了内燃机的能耗。然而，通过采用变速电机，有时单独的系统看起来效率更高，现实应用情况下和实际驾驶条件下，总的整体的提升比理论上所期望的降低很多。由14V至42V总线架构变更所带来的提升未能引发“大的革命性进步。”

因此，最终OEM又开始放弃42V的理念。看来，想要重新认证并将42V汽车引入市场将非常困难并且价格高昂，因为市场并不愿意为这些提升的成本买单。当工程师们绞尽脑汁，在实际上提升交换电机的效率和输出功率方面再一次超出所设立的限度时，42V概念最终宣布终结。同时，像MOSFET这样的电源管理器件在性能方面也取得了相当大的提升。半导体开关变得更加高效(见图1和图2)，特别是随着首款Trench MOSFET的推出，它可以实现更高的电流应用，可以在可接受的功耗水平、甚至在14V总成下良好运行。

48V兴起

大约10年之后的现在，我们又聚焦在OEM和系统供应商所探讨过的——提高总成电压的这个点上。现在正在讨论48V的电源总线，并且接近这个目标，通过降低电流等级和提升电压，更高效的支持那些最需功率的应用和系统。那么，为什么在42V架构失败的10年之后，我们又突然寄希望于48V概念的成功呢?是什么改变了上述为42V汽车所描绘的情形呢?

事实上，48V概念与我们在2000年初所讨论的42V的活动有着几项明显的差异。最大的差异是42V概念是基于对14V系统的革命性取代。它差不多算是采用更高压的系统，省去了12V的电池和相应的14V电源总成。48V的概念表明，现在可以考虑一个更具革命性的步骤，可以考虑新增而非取代。当然，48V的成功将需要严格遵循引进和执行的方式。但是确定的是，汽车OEM已经接受了昂贵的42V尝试的教训。因此，48V电压被视为第二条电源线，同时保留着与48V并联的12V电池和相应的14V电源总成。48V电源总线应该仅支持一部分应用，因此，要在更高的功率级上得以应用，需要做出很大努力，例如利用逆变器变速驱动，提高电机的效率来使整个汽车油耗提升并降低排量。同时，所有其它应用和系统仅停留在14V总线上，从而可以允许对于现有高性价比产品的继续使用，而这些产品此前是为14V产品建立和设计的，基本上不会受到48V要求的任何影响。与把汽车中所有的元件都用更高电压总线的产品取代相比，这已经实现了最大的成本节约。48V概念增加了一个电源总线，它通过来源于12V铅酸电池的降压/升压DC-DC转换器来生成。至少在初始阶段，我们并没有去深入调查48V电池，然而，在后面的第二步中，48V的锂电池将是非常有益于能量存储，电源元件与标准的12V电池共存。同时，48V的电压是能够保持60V阙值电压以下的足够低的电压，这是隔离要求的安全限度。超出这一限度，则需要推出安全措施以保护人们避免在遭遇致命事故时触及到车内的电路。

另外一个成功因素是在双总成电压方面、尤其是在车载高压应用方面，OEM已经积累了相当多的经验。在汽车中，多重或更高压的架构不再遥不可及，但同时，在基于总线架构的领域中已经建立起完善的解决方案。如图3所示，我们的现代汽车架构目前已经可以适用于许多更高压的领域，例如HID照明、高压压电陶瓷燃油直喷(Piezo-direct fuel Injection)，多种混合动力汽车(HEV)系统类似启-停DC-DC转换器稳定甚至数百伏HEV动力传动系统。所有这些概念都有一个12V电池，或更高电压总线共存的14V总线，二者相互之间很好的隔离开来，并且为车内不同的高压或电压区域供电。

第三个成功因素是48V使能系统的显著价值，比10年前所讨论的42V系统所带给客户的优势更加显而易见。仅以启-停功能为例，在城市交通拥