特斯拉 Cybertruck 將徹底告別 12V 電源組件

過去 20 年來，工程師們一直預測，汽車電氣系統電壓將從 12V 提高到 48V。但是，成本和慣性促使各廠商一直采用 12V 電路，只是偶爾在大電流應用中有針對性地使用 48V 電源。

但是，特斯拉硬件工程副總裁 Pete Bannon 表示，12V 電源系統即將退出歷史舞臺。他在特斯拉年度投資者日大會上說：“我們現在正在尋求做出一項改變，那就是告別過去 60 年來一直使用的 12 伏電源系統。”

Bannon 解釋說，進行這一過渡的理由很充分。“60 年來，汽車對電力系統的需求一直在穩步增長，以至于我們現在必須使用規格更高的電線，在整個汽車中驅動超過 200 安培的電流。這就增加了汽車重量和成本。”他說道。長期以來，正是這些因素促使行業相信電力系統將發生徹底轉變。

“Cybertruck 和特斯拉將來推出的所有平臺都將采用 48V，”Bannon 宣布，“這樣就可以將所需電流減少到四分之一。而且，由于線束中的功率損失是電阻乘以電流的平方，因此電流減小到四分之一，意味著在汽車中分配能量時的功率損失將減少到十六分之一。這使我們可以使用更小的電線、更小的電子保險絲和更小的控制器，減小散熱器的大小，甚至徹底不再使用散熱器，幫助減小汽車體積和重量。”

到目前為止，48V 技術的應用還很有限。“48V 系統面世已有幾年，為輕混合動力汽車的起動機-發電機和其它大功率配件（如主動懸掛和動力轉向）提供動力。”Guidehouse 的電動汽車高級研究分析師 Mike Austin 說道，“正如特斯拉在演示中所講，電壓越高，電流就越小，需要的電線也更細，可減輕重量和節約成本。”

圖 1：低壓架構的未來（Cybertruck、Optimus 和未來的汽車 - 全部采用 48V）。

然而，盡管簡化的線束成本更低，更容易安裝；但 48 伏電源組件更昂貴。這一直是一個重要因素。“它到目前為止沒有得到更廣泛的普及，大多就是因為成本的原因。”Austin 解釋說，“48V 電池和控制器比目前日常使用的 12V 起動機和電池更貴。”

白熾燈絲的脆弱性是另一個長期障礙。汽車內部的燈泡數量眾多，使淘汰 12V 系統的想法變得不切實際。然而，LED 照明已經包括了適當的電路，可以提供 LED 照明燈使用的低電壓。這意味著它們應該能夠像使用 12V 系統一樣使用 48V 系統，Vicor 公司汽車營銷總監 Greg Green 說道。Vicor 是一家專業生產電源模塊的公司。

圖 2：使用傳統轉換器，以 94% 的效率管理功率損失。

通過徹底消除低壓電池，可以解決電動汽車（EV）設計中的成本問題。相反，這些汽車可以使用電源轉換器，將牽引電池的高壓降低，給車載系統供電。Austin 說：“在電動汽車設計中，這一點更容易做到，只需要對驅動電池的電壓進行轉換。如果特斯拉計劃在其汽車中使用 48V 為所有低壓電子元件供電，就可以降低復雜性，減輕重量，節省材料。”

這正是 Vicor 在大力推廣的做法。“對于燃油車，從使用 12V 交流發電機過渡到 48V 的過程中需要付出額外的代價。但對于電動汽車來說，過渡到 48V 是自然趨勢。”

圖 3：系統從過載的 12V 系統過渡到 48V。

根據 Green 的說法，他們不僅可以受益于線束重量和體積的減小，而且由 48V 系統供電的一些設備也可以受益。“與使用 12V 電源相比，壓縮機和泵在使用 48V 電源時更加高效。”他說到，“這真的是一舉兩得。”

關鍵在于開發能夠按需提供電力，同時具有電池穩定性的電源轉換器。Vicor 表示已經解決了這一問題。“我們一直在與客戶合作，開發非常緊湊的 DC-DC 轉換器，將高壓電池電壓轉換為 48V。”Green 說道。對于任何傳統 12V 設備，Vicor 提供了額外的模塊，可以將電壓從 48V 降低到 12V。

特斯拉宣布即將推出一項技術是一回事；而公司實際交付是另一回事。因此，Cybertrucks 能否量產，能否批量交付給零售客戶，讓我們拭目以待。

圖 4：全球預測——采用不同電力系統的汽車。

但是，不管特斯拉怎么做，其他汽車制造商也已經制定了 48V 汽車生產計劃，Green 說道。他還表示，Vicor 的首批客戶將在今年晚些時候宣布推出一款新型號，預計將在 2023 年或 2024 年初上市。到 2025 年和 2026 年，預計將有更多客戶跟進，而 12V 系統將在下一個十年逐步退出歷史舞臺。

“48V 系統是特斯拉將來的低壓系統設計方向，業內其他廠商也很可能會在適當的時候跟進。”Bannon 總結道。

本文最初由 Design News 發表。