原创 协议标准第015篇 汽车48V电气标准

    今天，纯电动汽车大跃进牵引着对汽车电气低压的需求，新需求是48V。车要更轻，料要堆满。车身电子系统（电子座舱）从分布改成集中（域控），电气上就是要把“比12V系统更多的能量，送到比12V系统数量更少的ECU去”，所以，电源必须提高电压，缩小线径。另一方面，用比传统12V，24V更高的电压，有利于让电感类元件（螺线管，电机）用更细的铜线，缩小体积去替代传统机械，扩大整车电气化的边界。在电缆、认证行业60V标准之下，48V是一个合理的电压。有关汽车电气低压，另见协议标准第004篇。

    （图源 Ref 1）

    48V电压及电气系统正在渗透汽车市场。Tesla的Cybertruck使用了48V低压系统。

    （图源Tesla）

    我国在电动汽车设计迭代和制造能力方面秀肌肉，而欧洲同行们在积极制定技术标准。

    目前已发布 ISO 21780:2020（GB/T 45120-2024）。该标准适用于混动车，这种车的特征是带有48V车载发电机和48V电池组。根据参考资料1，ISO正在开发针对纯电车的标准，这种车没有发电机，低压电源只有48V电池组。

    ISO 21780对电压范围分段定义如下

电压超限：58-60V。因电气控制异常所致。

瞬时过压：54-58V，应可承受。常发生于能量回收期间，或者是电气控制异常。

短时过压：52-54V，应可工作。常发生于能量回收期间。

稳态：36-52V，应可长期工作。

短时欠压：24-31V，应可工作。常发生于冬季启动时。

电压超限：0-24V。发生于冬季启动时，或者长期停放后。

            （图源 Ref 1）

    从器件角度看，电源电压提高，半导体的反向击穿电压必须跟着提高，也就意味着3个问题

        1. 导通损耗，耐压高的晶体管，等效导通电阻（Ron）也更大，因为要用更厚的外延层；

        2. 开关损耗，或更差的EMI。开关电压差除以开关时间就是Slew-rate（SR，压摆率）。维持SR，需要延长开关时间，开关损耗增大。保持开关时间不变，SR增大，EMI变差。

        3. 更高的瞬态电压。根据ISO 21780，需要考虑70V的情况。

    没有列入成本对比，是因为元器件的成本跟用量关系密切。历史上颠覆性的新技术，罕有以低成本出道的。

    ISO正在开发面向纯电车的48V电气标准。与ISO 21780相比，主要是低压区有变化。

    （图源Ref 2）

    48V的野心再大，也是有边界的：轮边电机、轮毂电机等零部件，峰值功率高，48V系统是不可能企及的。

回顾历史

    对48V电压有迫切需求的汽车零件，我认为5 kW BSG是最早的一个。大概2005年，汽车电子界尤其是4轮小轿车（乘用车）的企业开始探讨一个问题，是不是48V比12V更有优势，不过彼时汽车的话题是稀薄燃烧、缸内直喷，电气系统是配角，所以雷声小，雨点更小。2008年北京奥运会和2010年上海世博会，各类混合动力、纯电动力实验车在国际舞台上亮相，一时间轻-中-重混、串-并联、永磁-异步-磁阻电机、三元-磷酸铁锂-超容等技术路线争奇斗艳。其中，以5 kW BSG（Belt Starter Generator）为代表的轻混（Mild-hybrid）路线，首先对更高电压的电气系统产生了强烈需求。因为5kW这个功率，12V系统需要400A以上的电流，不提高电压的话工程上做不到。顺便说一句，BSG后来进化到ISG（Integrated Starter Generator），于是在燃油车上出现了ISG（Idle Stop and Go）这个功能，城市堵车工况的油耗和排放都大大改善。

Ref

1. Adley Cheng. EV 48V new E/E structure introduction and MPS power solutions. MPS. 2024

2. Madison Eaker. 48V Automotive  Systems: Why Now?. TI. 2025

3. Gear up vehicle powernets for future mobility. BOSCH. 2024