【原创】48 V BSG系统的整车布置研究

发布时间：2021-08-05 19:29:25来源：AI汽车制造业

本文分析了以BSG电机为核心的48V弱混系统技术架构，电机、APM、48V锂电池及电源线束等主要零件的布置原则和解决方案，并结合项目实例证明布置的可行性，具有实际指导意义。

为了应对CAFE和国六排放的要求，汽车厂家纷纷推出48V系统作为应对手段，达到技术手段成熟节油效果明显的目的。而以BSG电机为核心的双轴并联低混合系统，由于布置紧凑、可量产迅速的优点，成为了48V系统的主流。本文通过实际项目的48V系统布置，讨论48V系统的布置方法和解决方案。

48VBSG系统的架构零部件布置

如图1所示，48VBSG系统作为P0结构形式，由BSG电机取代发电机的位置，位于发动机的最前端（皮带轮端）,通过电机实现制动能量回收和行驶充电的功能。相比于传统车型，BSG系统仅增加了APM、48V锂电池及48V电源线等附件，对整车原有架构布局冲击小，布置方案较为简单。

图148VBSG系统的架构零件布置

1.BSG电机布置

根据发动机功率和整车加速性指标的要求，通常选择的BSG电机功率为6～20kW，电机与发动机缸体的连接结构尽量接近于原发电机位置，皮带轮心位置与原来轮系位置保持一致，前期设定BSG壳体边界条件，对发动机缸体更改最小。BSG转矩最高达到150N·m，因此发动机轮系会增加张紧轮结构，张紧轮的上下振动加大了轮系抖动包络。因此，发动机的Y向尺寸较原先增加50mm，对于轮系周边的附件也需要考虑预留20mm空间，以避免造成动态干涉损坏。

普通的BSG电机质量约20kg，在进行布置时考虑到发动机拼装的人机操作，必须进行预挂设计和辅助吊具工装，通过软件可以模拟电机旋转20˚后平推固定所需要的安装空间，由发动机拼合要求预留与车身拼合空间（图2），就完成了BSG电机在发动机上的布置。

图2由发动机拼合要求预留与车身拼合空间

2.APM模块布置

48VMICROBAS的电气原理如下：APM承担了DC/DC变压及稳压的功能，根据整车用电器负载的计算，APM的额定功率通常为1.2～3kW，选用25mm2的导线，导线压降会影响转换效率，低于96%的效率转换将达不到10%的油耗降低目标。因此，在布置上需要考虑APM位置对于效率转换的影响。同时，APM作为功率原件，过热会降低输出功率，以1.8kW的APM为例，输出功率与温度的变化关系如图3和表1所示。

图3输出功率与温度的变化曲线

表1输出功率、温度及风速的变化关系

当温度超过110℃时，APM将停止工作，导致车载用电设施依靠电池供电，整车处于亏电状态，因此APM位置的热管理，是布置首要考虑的因素。实验证明APM在城市怠速工况下温度达到峰值。如果APM布置在空气流通不畅的区域，需要考虑增加主动散热装置进行热管理，比如增加风扇和风道，利用空气压力差制造空气流通进行散热。

DC-DC电压变化会带来整车EMC问题，APM布置的同时需要考虑APM电源线与车载设备在某些频段的干扰问题，因此与信号线间隔需要在200mm以上，发动机舱前端与行李舱位置更需要优先考虑。而APM模块本身的EMC干扰问题，可以通过接地线位置优化和模块电路优化解决，不用作为整车布置的首要考虑因素。

3.48V锂电池布置

48V系统选用的锂电池通常为10Ah，主要为BSG电机工作提供48V电源，作为车辆的第二电源，锂电池正常工作的温度在0～40℃，因此布置主要是考虑电池的工作温度。10Ah的电池一般为13个电芯，体积并没有PHEV和BEV大，不需要特别考虑辅助冷却措施，通常只要满足安全碰撞和安装位置环境温度即可。乘客舱位置与行李舱位置，可以作为方案的优先选择。但相应会损失乘客的空间舒适性与行李舱容积，同时也会有电磁环境控制限制的风险，需要根据整车需求进行适当的平衡。

综上，对于48V系统的架构零部件布置，从性能和空间考虑，布置位置推荐如表2所示，在方案初期可根据优先级参考。

表248V系统的架构零件布置因素

48VBSG系统的线路布置与EMC影响

1.48VBSG系统EMC影响

48VBSG微混系统非架构件主要是电源线束与电路分配盒，根据48V的电路原理，系统主要增加了48V电源线与电源分配盒连接APM的12V电源线。电源线的布置由零部件位置决定，除了走向简洁合理外，需要考虑的主要是电源线束的碰撞安全和EMC影响。48VMICROBAS除了需要满足GB14023-2011《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车外接收机的限值和测量方法》外，还需要满足GB8702—2014《电磁环境控制限值》、GB/T18387—2017《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》标准。

根据EMC的测试结果，48V系统的负载与车速无关，只与整车用电量有关。因此，在GB14023的试验下，48VBSG系统与12V系统表现上并无明显差异，30MHz下未超过82dB标准。对于电磁环境控制限制，目前试验的测试方法和设备还没有具体明确，但作为乘客舱布置方案，必须考虑尽可能降低试验失败的风险，满足30MHz下的限制值。GB/T18387—2017是容易超标的试验项目，某车型试验发现在16MHz下达到峰值而超标，布置的走线连接方式影响到峰值的电场强度，这是主要考虑因素。

2.EMC解决方案对线路布置的影响

解决EMC问题的PCB板方案更改，见表3。根据试验结果重新设计PCB板及原件选型，显然不现实，元器件增加对散热效果也有影响。试验表明，电机PCB板更改仅改善了电机的零部件级EMC，整车表现并不明显，而且导致超标频率段转移。将接地点整合，减少回路阻抗以降低干扰噪声，是解决整车EMC的主要措施。在车载状态不变的情况下，将48VBSG接地与APM接地点合并（图4），可降低8dB。

表3解决EMC问题的PCB板方案更改

图4将48VBSG接地与APM接地点合并

结语

48VBSG系统仍然是基于传统燃油车型开发的MicroBAS节油系统。在整车布置中，除了文中提到的特别注意点外，与传统车的整车级的法规要求并无区别。48VBSG系统能降低20%的碳排放，是目前主机厂除新能源车外的主要发动机升级应用技术。从试制车辆看，节油也能达到10%的预期目标。在应对新技术零部件的整车布置中，预先考虑布置方案对新技术零部件的整车性能影响，对后续新技术领域零部件的布置设计具有重要的指导意义。

来源：AI《汽车制造业》

作者：强伟

工作单位：泛亚汽车技术中心有限公司

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