早期汽車的 12V 電氣系統只能滿足點火和基本照明需求。隨著現代汽車引入了電動轉向、泵和暖通空調(HVAC)等高能耗設備，電力需求大幅增加，對 12V 系統構成了挑戰。因此，汽車行業正轉向 48V 電氣系統，這不僅提高了功率輸出，支持更多高級功能，還通過使用更細的線束和小型連接器，減輕了重量，節省了成本，為安裝更多電子設備提供了空間。本文為《 48V 電源網趨勢白皮書 》第一部分，主要介紹系統用途、市場趨勢和系統描述。

系統用途

48 V 技術的應用逐漸擴展到 MHEV 領域之外，純電動汽車 (BEV) 也開始采用 48 V 組件。雖然 BEV 使用高壓電池組(通常為 400 V 或 800 V 架構)來為電機供電，但對于某些應用，48 V 可帶來顯著優勢：

減小線纜尺寸： 48 V 系統支持使用更細的線束來為散熱風扇、 車艙通風系統和座椅加熱等現有功能供電。這不僅可以減輕車輛重量，而且在需要較低電流的情況下，還能提高能效。

高壓 (HV) 不適用的場景： 主電池組的高電壓不適用于座椅加熱等功能，而且需要額外的安全措施。對于這些應用來說，48 V 系統在節能和安全性之間實現了良好的平衡。

此外還為先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和潛力十足的全自動駕駛汽車奠定了基礎。電動轉向、線控轉向和線控制動(電子線控)都需要消耗大量電力，而電子線控系統更是對可靠性 、安全性和冗余度提出了更高的要求 。與 12 V 系統相比，48 V 系統可使線控轉向等大功率組件的冗余執行器更輕、更具性價比。

市場信息和趨勢

多電壓電氣架構是未來趨勢

48 V 系統越來越普及， 未來車輛可能會混合使用 12 V、 48 V 和高壓(通常為 400 V 或 800 V) 電源網絡 ，而且傳統的12 V 配件也逐漸遷移到 48 V 系統， 耗電較高的組件首先受到影響，例如電動轉向 (EPS)、懸掛系統、用于加熱/冷卻車艙和電池組的 HVAC 壓縮機。

現有 12 V 系統仍將由 DC-DC 轉換器支持，由 HV 母線或 48 V 電池供電。然而， 隨著越來越多的組件轉向 48 V 電源，該系統將成為汽車內非動力系統的主要電氣系統， DC-DC 轉換器的尺寸預計會減小，復雜性會降低。48 V 技術方興日盛， 但全面應用尚需時日。美國汽車制造商正在引領這一變革，而亞洲和歐洲市場正在探索 48 V 的潛力， 尚未形成明確的發展方向。其他較大型制造商則采取了更為謹慎的態度，目前仍堅持使用 12 V 系統。

區域控制架構除了電動汽車電氣系統從 12 V 轉向 48 V 之外，車輛電源架構也正發生變革。汽車行業正從集中式配電轉向一種更分散的方法， 即區域控制架構。

區域控制架構將車輛劃分為不同的區域。單個主配電單元 (PDU) 充當配電樹的第一級。PDU 直接連接到 48 V 或 12 V電池，并智能地將電力分配至車輛內的每個單獨區域。

區域控制器取代了過去分散于汽車中的許多電子控制單元 (ECU)， 負責分配電力并管理相應區域中的電氣器件。

其主要優點在于可以用基于半導體的受保護開關代替傳統保險絲， 這些開關可通過微控制器 (MCU) 接通和斷開，這意味著可以在發生故障事件后復位，而不必更換。此外，受保護的半導體開關可以向汽車計算機提供診斷信息，有助于解決電氣問題。

圖 1：具有 3 個區域的區域控制架構示例：前部、中部、后部

車輛區域控制架構中的低壓配電低壓電源網是電動汽車區域控制架構中的關鍵要素。如隨附的框圖所示， 電力來自高壓 (HV) 電池組(通常為 400 V 或800 V 電池架構) 。HV-LV DC-DC 轉換器將高壓降壓，為 LV 網絡供電：48 V 或 12 V 電池。根據制造商和汽車型號，汽車可能只有一種 LV 電池，或者有兩種電池，每種電池使用單獨的轉換器。

低壓配電系統的主要器件48 V 和 12 V 可能共存于同一輛車中，因此 HV-LV 轉換器可以直接為 48 V 電池供電，而額外的 48V - 12V 轉換器可以充當中間降壓級。在集中式配電模型中，單個較大的 48V - 12V 轉換器(約 3 kW) 為 12 V 電池供電。相比之下，區域控制架構采用分布式方法， 在域控制器 (ZCU) 內嵌入多個較小的 DC-DC 轉換器。

使用單獨的主配電單元 (PDU) 和 ZCU 時，電力從電源流過 PDU 和 ZCU，然后到達特定區域內的各個負載。PDU 位于ZCU 之前， 通常還直接為大電流負載供電。ZCU 則負責為車輛指定區域內的大多數負載分配電力。

目前市場上主要有兩種方法：

一體式 PDU 和 ZCU：第一種方法將 PDU 和 ZCU 功能集成在單個模塊中。

分離式 PDU 和 ZCU：第二種方法使用獨立的 PDU 和 ZCU 單元。這段概述闡明了低壓電源網在車輛區域控制架構中的作用。下面的框圖直觀地呈現了該電力流及不同的實現方案。

這段概述闡明了低壓電源網在車輛區域控制架構中的作用。下面的框圖直觀地呈現了該電力流及不同的實現方案。

系統描述

電動汽車電力流：聚焦能效

電動汽車的運行離不開高效的能量流管理。我們可以從三個主要方面進行分析 ：電力的產生、轉換和消耗 。優化這些階段是盡可能增加行駛里程和降低每公里能源成本的關鍵。

MHEV 引入了 48 V 系統，48 V 電源由起動發電機產生。在當今的 BEV 中， DC-DC 轉換器將高壓電池的電壓降至較低水平，此轉換過程可以通過一個較大的轉換器集中進行，也可以通過多個較小的轉換器分布式進行，就像區域控制架構一樣。

需應對的挑戰是如何在全車中高效分配電力，同時盡量減少線束和電纜的重量。

車輛內的負載會消耗電力。因此，從系統中的最大負載開始， 大功率負載預計會遷移至 48 V。

自動駕駛汽車需要更多電力來驅動中央計算單元、先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和基于 AI 的復雜方案。

表 1：兩種電池類型的電力產生和轉換。