传统熔断保险丝不具备足够快的反应速度以防止其他器件的欠压，会导致安全关键部件处于欠压状态，因此，需要引入安全断开型开关。智能配电（Intelligent Power Distribution Unit，IPD）采用电子元件和电路拓扑支持大电流和高功率的传输，搭载微控制器软件算法支持电源系统优化管理，配备智能监控装置和多重安全保护措施实现动态分配、管理及异常情况的预警和保护，确保电源系统的高效稳定运行，是目前高可靠性、高能效的新型配电解决方案。
图 13 传统底盘配电和智能配电架构对比
（1）能源管理。采用可编程的半导体器件分别控制每个回路后，具有更高的系统智能化和自主控制能力，能够根据车辆的实际需求和工况进行动态电力分配，提高能源利用率、优化车辆性能和续航里程，可支持OTA升级。（2）满足系统功能安全需求。配备多重安全保护措施，如：过流保护、过热保护、短路保护等，确保车辆在各种条件下都能安全运行。发生短路故障时，可实现微秒（µS）级保护，瞬间切断故障回路，保证重要设备的正常使用。任何类型的故障的影响都需要通过安全机制来控制，以确保系统的完整功能行为。图 14 eFuse功能图
（3）可以有效避免线束冗余设计，降低线径、成本和重量。智能配电方案根据应用场景主要有如下两种：驱动芯片加MOSFET分立方案，适用于常电回路，该方案结合了过压、过流、短路和热保护等一系列内置保护功能，可直接通过软件来设置过流保护的电流限值大小，有利于硬件的平台化应用，适用于大电流场合。HSD智能高边开关集成方案，此方案十年前已开始普及，至今仍限于小电流负载应用。以特斯拉为例，其FBCM中大量使用低RDS_ON的MOSFET用于电源分配；小电流采用了英飞凌的HSD芯片，而作为二级配电的LBCM。在12V+48V混合电气架构中，48V区域控制器是核心能量转换管理节点。图 15 区域控制器 架构示意图
图片来源：联合电子
联合电子研究的区域控制器方案采用48V和12V兼容设计。48V部分，增加一级DCDC完成48V->12V的电源转换和 48V防反电路；硬件上需要电源转换芯片、驱动芯片（HSD、桥驱、eFuse）、电压隔离设计、散热设计 ；BSW层需要完成电源芯片、上下电管理、 I/O驱动、 基础诊断、通信适配 ；ASW层进行驱动芯片诊断开发、48V转12V DC/DC开发 。短期可以通过增加DCDC电源转换芯片来实现；中长期来看， 48V PMIC芯片工艺的应用有望去掉一级DCDC芯片，实现降本。
2.6执行器及接插件
执行器（电机）端变化：转子线圈绕组中的铜丝线径变小，匝数增多，换向器，电刷耐压要求增加。根据目前电机成本构成分析，更换电压平台后，预计永磁体、硅钢、壳体部分有部分收益。从整车看主要涉及到转向、制动、主动悬架等执行电机。灯光模块变化：大灯模块可节省升压电路（Boost）板块(灯组供电电压为48V方案)。系统电压达到48V，供应商生态系统面临重新洗牌，执行端推动力度弱。且线控底盘本身冗余方案与48V系统有相似性，是否有必要切换是目前执行机构供应商面临的决策问题。
2.7 存在挑战
1、密封要求
如果48V连接器意外暴露于像盐水这样的电解质中，由此产生的电化学腐蚀反应比在12V时更严重，因此连接器密封设计需要重点考量。2、电弧抑制与防护
电弧是与电压水平和端子之间间隔有关的风险。电弧的温度在2,800°C至19,000°C之间。当12V电路断开时，可能会发生小电弧，但它们通常很快就会自行熄灭。在48V下，电弧有可能持续更长时间，并对端子和连接器造成灾难性的损害。特斯拉自研接插件低压互锁设计应对特殊失效。3、混合电压电气系统隔离
在混合电压系统中，必须采取特殊预防措施，以确保电流不能从48V设备流向12V设备。隔离防护在不同电压下的电路是必要的解决方案。12V和48V短路在一起，12V系统很容易击穿，特别是CAN收发器（耐压44V）成为重要短板。4、爬电和间隙考虑
无论是对现有连接器进行资格认证还是为48V系统设计新连接器，都应使用IEC 60664-1 Edition 3.0 (2020-5)规范来确定适当的爬电和间隙，以满足连接器中端子位置的要求。5、暗电流
48V单电池方案没有单独12V电池，低压用电器芯片供电用DCDC维持，暗电流增加，需要进一步解决。6、随着高速通信、高敏感性计算单元和高频开关电力电子器件的使用量增加，对于瞬态效应、电压纹波以及高压和低压网络之间的相互作用影响也至关重要，影响系统可靠性。
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成本（包含研发成本和产业链切换成本）与低感知是短期内制约48V产业链迁移切换的主要因素。48V最终的成本收益是基于严格ECU数量减少，也即电气架构本身区域化变革而得以实现，且不同架构方案的成本变化也有较大差别。另一方面，新技术导入需要完备的测试标准规程的支撑，保障产业链各个环节充分可靠性验证。
3.1成本分析
48V技术在整车上应用成本收益最大的就是低压线束系统。以12V系统实现1kW，电流需要80A以上（传统接插件无法承载），对应线径10mm2，对应48V，电流降低为20A，线径1.5mm2，同时对于接插件要求高，传统接插件无法承载大电流，需要专用开发，对应生产制造比如折弯等更容易。根据与会专家分享，基于现有车型进行技术升级分析，重点将大功率用电器分离出来，线束节约最重要的系统就是底盘系统。12V升级为48V，整车线束预估降本400~500元左右，减重约7~8kg，降本机会点主要集中在底盘域转向、制动、悬架的线束；特别是线控底盘配置，以线控转向为例，冗余手感模拟器、冗余执行器电机，功率增加较大。其次，在热管系统上大功率风扇、水泵。
48V受产业成熟度等方面影响，短期内成本会增加。成本增加部分主要在48V电池、域控制器因为耐压等级提高成本增加（MOS等驱动类芯片有望成本降低、其他芯片成本增加、需要增加48V/12DCDC）、电机基本持平、EMI类器件成本增加、防护用接插件成本增加；此外，包含产线工艺、工装、夹具、下线测试设备，成本增加较高。来源：麦肯锡
大多数功率（约80%）被少数负载（约10%）消耗。因此：
- 识别功率最高的12V负载 - 优先将这些转换为48V
- 通常情况下，将低功率负载转换为48V在物理或经济上没有好处，在有意义的地方将负载转换为48V。
图 17 研讨会调研负载48V化路径
其他特定应用场景分析：大功率器件 比如改装爱好者，越野爱好者，绞盘机存在合理需求和切换合理性。
3.2标准需求分析
48V电压标准对整车厂电源系统架构设计、Tier1控制器执行器开发、以及芯片厂商对器件设计生产都是至关重要，必须先行。电动汽车的48V用电器的标准目前还不够全面和成熟，针对电源相关的标准目前沿用的是混动车型的48V标准，48V EMC标准领域目前还是缺失的。ISO 21780:2020《道路车辆-48V供电电压-电气要求和试验》标准是针对混合动力系统制定，针对电动汽车并不适用，主要原因如下：当前的48V电源标准的还考虑了原来燃油车发电机、启动电机的特性。电动汽车，包括PHEV、REEV电动车，都已由DC/DC取代了发电机，没有了启动电机，采用DCDC特性更好，整车电气环境预计相对更好，Load dump会有优化。
图 18 过压测试规程分析
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图 19 关于Load dump电压范围预测（研讨会投票结果）
关于最低工作电压。该项技术指标与电池技术息息相关，电池技术从铅酸电池发展为锂电池，现有电压标准需要涵盖全品类， 三元锂和磷酸低压电池特性最小标称电压将增加到34V~36V。全面电动化的48V整车环境和工况是一个未被充分研究验证的领域，造成异常电压特性和对应工况尚不清晰，因此如何合理制定包括抛负载，过压等条件的电源系统标准存在挑战，需要重点预研。
2、其他标准
现有的EMC标准主要针对12V/24V系统，包含GB/T 18655-2018(CISPR25:2016) 《车辆、船和内燃机无线电骚扰特性 用户保护车载接收机的限制和测量方法》、ISO 7637-2/3《道路车辆 由传导和耦合引起的电瞬态骚扰》、ISO 11451-2/3/4/8/9《道路车辆 窄带辐射电磁能量所产生的电气干扰-整车测试法》、ISO 10605《道路车辆 静电放电所产生电气干扰的测试方法》、48V EMC标准领域目前还是缺失的。需要注意的是干扰不仅从电源输入端过来，更多时候是在MOSFET输出端的感性负载干扰，关注电机应用的尖峰电压，需要根据基于产品应用场景需求制定环境验证标准。
如果把汽车比喻为汽车机器人，动力电池被誉为心脏，中央集中控制器被誉为大脑，多源传感器被誉为眼睛、智能底盘被誉为四肢，那么电气架构则是输送、传输能量的血管。软件定义汽车的到来对整车电气架构的要求提升到了一个新的水平和安全高度。伴随整车全面电动化和智能化发展，更多功能属性将引入整车负载中，电气化高低压网络架构革新的必要性显著。如何打造更加高可靠、高安全、低能耗、可升级、具有成本效益的新型电气平台产品，需要产业链上下游协同，积极部署，系统工程的开展架构设计、积极主动的应对关键芯片和部件标准化开发，充分开展各级别验证和资源整合，拥抱变革。类比高压系统直流电压等级的发展过程，早期GB/T31466定义了144V、288V、317V、346V、400V、576V的规范，在电动汽车全面市场化发展后，为满足充电体验等同于加油体验的迫切需求下，800V级别的高压平台应运而生，至今蓬勃发展，逐步下探其应用产品级别，高压平台逐步统一在400V和800V两个级别水平，面向未来，有望进一步提升。因此，我们认为，未来的电气架构为充分满足用户需要、技术功能发展而不断进化和革命性创新，也为不同产业参与者提供新的发展机遇。作者| 曲婧瑶 ——中国汽车工程学会电动化研究中心产业技术研究部部长特别鸣谢：长安汽车 英飞凌 联合电子 VICOR 冠宇 思瑞浦 国汽（北京）智能网联汽车研究院有限公司其他参与单位： 东风汽车 广州汽车 上海汽车 奇瑞汽车 北京汽车 长城汽车 极氪汽车 理想汽车 路特斯 深向科技 博世 豫北转向 金脉电子 奥托立夫 紫光 台达电子 道陟科技 厦门宏发
