42V电气系统在汽车中的应用研究

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基于单片机控制的42V混合式汽车继电器

智能检测技术。
中图分类号：Ｍ５１Ｔ７文献标识码：文章编号：０１５１２０）３０２－４Ｔ８：Ｐ２３Ａ１０－３（０８０－９０５０
４ＨｙｒｄＡｕｏｏｉｅＲｅａｓｄｏＣｎｇｅＣｈｐ２ＶｂｉｔｍｂｌｌｙＢａｅｎＰＩＳｉｌ－ｉ
构和采用新的触点材料的方法来改善其灭弧性
于传感器在汽车上应用最多的汽车电子元件之＿Ｉ随着汽车电气系统功耗日益增大，传统的电磁式继电器已无法满足负载能力日益增长和体积不断减小的要求。为了保护环境和减轻汽车重量，迫切需要把汽车电气系统的电压从现在
ＲＮＸａｘａ．ＬＮＣｕｙｎＥｉｏｉｌｈｎａｇ．ＬＵＸａｇｕＩｉｎｊｎ
（ｏｌｅｏｌｃｉｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｍａｏ，Ｆｚｏｎｖｒｉ，ｕｈｕ３００，ＣｉａＣｌｇｆｅｔｃｇｎｅｉｎｕｏｔｎｕｈｕＵｉｅｓｙＦｚｏ５０２ｈｎ）ｅＥｒａＥｎｉｔ
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智能电器及计算机应用・
・
低压电器（ｏ８）２０ №３通用低压电器篇
基于单片机控制的４混合式２Ｖ汽车继电器
任晓霞，林春阳，刘向军
（州大学电气工程与自动化学院，建福州福福
０前言
汽车继电器是指专门应用于汽车电器控制的继电器，在汽车上的使用量越来越多，为仅次它成

汽车用42V钕铁硼永磁发电机稳压分析

ｓａｉｔｏｈｅｍａｅｔｍａｎｔｒｔｒｇｎｒｔｒｉｅｐｕｄｄｗｉｈｅａｉｎｏｒｔｒ —ｅｃｉｎｒａｔｎｅｔｂｌｙｆｒｔｅｐｒｎｎ— ｇｅｏｏｅｅａｏｓｘｏｎｅｔｔｅｒｌｔｆａｍａｕｅｒａｔｅｃａｃ，ｉｈｏｏ
磁材料、极靴、转子铁芯和轴构成的转子，由电枢绕组和定子铁芯构成的定子以及前端盖与后端盖组成。结构示意图如图１示，化原理图如图２所简
汽车用４Ｖ稀土永磁发电机包括由钕铁硼永２
机的效率，显著降低汽车线束传输损耗及功率元件
的电能消耗。另外目前汽车普遍使用的硅整流发电机由电励磁绕组产生磁场，通过电励磁绕组的大部分电能由于励磁绕组发热而消耗掉，带碳刷滑环结构的硅整流发电机的碳刷滑环容易磨损、寿命短、故障率高，无刷硅整流发电机由于增加了磁场气隙，故
（山东理工大学交通与车辆工程学院，淄博２５４）５０９
［要］在汽车４Ｖ发电机中采用钕铁硼永磁转子。阐述了该永磁发电机的稳压原理，摘２分析了其电枢反应电抗、组漏抗和负载端压与发电机转速的关系。研制出了集稳压、绕整流于一体和由基准电路、比较电路、触发电路和整流电路集成的五相半控桥式整流稳压器，解决了汽车用４Ｖ永磁发电机在宽转速、２宽负载范围内输出电压不稳定
’ ｗｉｈＮｄＦ — ｒｎｎ — ｇｅｔｒｔ — ｅＢＰｅｍａｅｔｍａｎｔＲｏｏ
ＺｈａｎｇＸｕｅｙｉ＆ＳｗｅｈｉＬｉｉＳｈｏｏｒｎｐｒｔｎａｄＶｈｃｎｉｅｒｇｈｎｏｇＵｉｒｔｅｈｏｏｙＺｂ２５４ｃｏｌｆＴａｓｏｔｉｎｅｉｅｇｎｅｎ，ＳａｄｎｎｖｓｙｏＴｃｎｌ，ｉｏ５０９ａｏｌＥｉｅｉｆｇ

42V汽车电源系统应用分析与对策

设计（图２所示）出现服务失误如。
后，通过员工与客户的接触来实施要补救措施，其中包括５个步骤。这１）歉：务补救工作开始于道服向客户道歉。服务组织感觉到客户当不满时，有人向其道歉。这个举动应虽小，却能令客户深切地感知他们但
小时后，对客户进户好感的后续工作铺平道路。因此，出现服务失误时，工应马上在员
向客户表示歉意，初步平息客户的以
对于服务组织的价值，为重新赢得并
对服务组织非常重要。在很多汽修而
企业，由于第一步就没有落实到位，客户和员工经常在责任所属问题上纠缠不清，然更谈不上马上实施补当救措施了。３）情：急复原工作完成后，移紧要对客户表示移情，服务组织对愤即
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ＡＴＭＢＬＵＯ０Ｉ
ＩＴＮＮＥＮＥＡＣ
新曩量
随着汽车上辅助设备的增加，以及那些原来由发动机驱动的机械或液力装置转变为由电力驱动，辆系统的电车
４Ｖ２
＿’－
传统的汽车上使用能够提供较高系统电压的电源系统，２汽车电源系统就４Ｖ是在这种情况下应运而生的。文主要本

车用[42V]电气系统

复合化方向前进了一大步，更多地依靠
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尽管没有人怀疑４Ｖ电气系统的合理性．是在实施这一标准２但之前仍然有许多问题必须解决。
…－堋 … ＿
● 文／Ｍｉ编译／刘荣昌ｋＤｌｅａｅ
● ｝＊｝ｉ
话，Ｄ播放机及电热座椅等需要高的电Ｃ
强的发电能力之外，还能够在不到十分电压和电流之间的关系是：如果电压提之二秒时间内重新启动发动机，能够做高到原来的三倍，则电流下降到原来的到这一点的原因之一就是．它是一种三
车用线柬功率不变的情况下，在
出于机械强度和接头牢固性的需要，有
一
力强、由微控制器控制的金属氧化物场
年，第一批４Ｖ系统即可推出。２但从目前的情况看，时间将会推迟。现在，对于第一批４Ｖ系统而言，２最新的时间预测表是：２０～２０年推０４年０６出适用产品，２１００年左右投人大批量生
・
电子设鲁硅芯片，论是用于整流系统。车辆维修界来说，无对这种功率产最先推出的将是采用１Ｖ和３Ｖ蓄计算机还是电源激励器的集成电路，其变换器无疑将是一种需要面对的新部件。２６电池的双电压配置系统而真正的４Ｖ系价格都是根据芯片尺寸来决定。而所需２
・
新蟹电子装置。采用４Ｖ系统的２
车辆，其电子含量将远远高于现有的车
电… 一一气系统
・
辆。例如，一种重要的新型装置将是功率变换器。集成式启动机／交流发电机／阻尼器（ＡＤ）为例来说，它除了具备ＩＳ

42V汽车继电器的研究现状与发展前景

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４汽车继电器的研究现状５发展裁景２ｖ
江苏电暑
（０６Ｎｏ）２０．４
ｉ综述
４汽车继电器的研究现状与发展前景２Ｖ
张学军，刘向军
（州大学电气工程与自动化学院，福建福州３０２福５０）０摘要：为了满足未来汽车发展对功率的要求，汽车电气系统的电压将由ｌ提高到４。电器作４Ｖ２继Ｖ
继电器触点发生熔焊，并且导致触点材料转移严重；当分断电动机负载时，由于其较大的电感，弧燃
Ａｂｓｒｃ：ＩｒｅＯｆｌｌｈｎｒａｉｇｎｅｌｃｒｃｌｐｗｅｎａｔｔａｔｎｏｄｒｔｕｆｌｅｉｃｅｓｎｅｄｏｆｅｅｔｉａｏｒｉｕｏｍｏｉｅ，ｈｏｒｓｓｅｈｓｔｅｅｔｎｄｆｏｍ４ＶｉｔｂｌｓｔｅｐｗｅｙｔｍａＯｂｘｅｄｅｒ１
为汽车电气系统的主要开关设备，开发４汽车继电器是必然的趋势。２Ｖ介绍了４汽车继电器的几种设计２Ｖ
结构，综述了国内外触点材料的研究现状，出Ｔ４Ｖ车继电器目前存在的问题与发展前景。提２汽
关键词：直流４２Ｖ；汽车继电器；研究进展中图分类号：Ｔ５１Ｍ８文献标识码：Ａ文章编号：１０ — １５（０６０ — ０１００７３７一２０）４００ — ３
１提升到４，就使得电路中的开关设备都要４Ｖ２这Ｖ
ｌ继电器结构的研究情况

对42V系统车用电器试验电源的性能要求

对42V系统车用电器试验电源的性能要求根据IEEE组织的估计估计，2005年汽车的平均用电会达到2kW。

一般认为，受输出电流的限制，目前的14V电气系统最大的发电能力是3 kW，考虑到峰值耗电，很难再增加新的汽车电器。

由此，人们想到的是将电压等级提高到42V。

在车辆电压等级提高到42V时，人们想到的是先将耗电较大的汽车电器42V化。

这类电器有水泵，散热器风扇，催化剂用加热器，空调，动力转向用电器，制动系统用电器，悬架系统用电器。

对灯具，电动车窗，刮水器，汽车音响及导航系统等，一般是利用变流器变换成14V后使这些设备工作。

但是，包括这些电器在内都将可能实现42V化。

一、关于评价试验汽车电器是靠发动机或蓄电池供电而工作的，但是受其他汽车电器的影响，电源的电压是有波动的，因此，需要验证电源电压变化时汽车电器是否能够正常工作，电源电压回复到规定值时汽车电器是否能够回复至正常工作。

为此，国际标准化组织的TC22/SC3/WG14将14V/28V汽车电器的标准ISO16570为基础，制订关于42V汽车电器的标准ISO21848.在关于42V汽车电器的标准草案中，规定了很多的试验项目，其中关于电源电压的变化规定了8项试验，如图1～图8所示。

为了完成对电源电压的评价试验，需要供给稳定的电源电压，以稳定，反复地模拟电源电压的变化。

为此，就需要一个试验电源，替代发电机与蓄电池供给电力。

二、对试验电源的性能要求对试验电源的主要性能要求如下所述。

1、应该是双向式电源这里所说的双向式电源的含义：不是指不用转换开关就能连续改变电流从正极流向负极或者从负极流向正极的电源；而是指这样的电源，它不仅可以向作为试验电源的负载——试验用汽车电器供电，而且还可以吸收负载流向自身的电流。

以电动机为例，一般是利用电能使其产生旋转运动的，但是反过来利用外力使其旋转时，则电动机就变成了发电机。

由此，若电动机不能接受电源所供给的电力的话，就无法进行电动机的试验。

42V汽车用永磁发电机研究

Ｒｅｅｒｈｏ２ＰＭｓａｃｆａ４ＶＡｕｔｍｏｉｅＡｌｅｎａｏｏｔｖｔｒｔｒ
ＨＵＡＮＧｉｉｇＨｕｐｎ，ＮＩＹｏｙａ，ＬｅｕｕｎＩＷｉ
（ｈｊｎｄｕｏＰｒｏ，Ｌｄ，ｚｏｈｉｎ１００ｈｎ；ｃｏｌｆＥｅｔｃｌ１ＺｅａｇＡｄＡｔ—ａｔＣ．ｔ．ＨｕｈｕＺｅａｇ３３０，Ｃｉ２Ｓｈｏｏｌｒａｉｓｊａｃｉ
ｖｒａｌｓｏｈｉ— ａｅｇｈ，ｔｅｉｏｆｃｉｈｒｎｅｆｔｖｅｇｈ，ｔｔｔｒｏｔｒｄａｔｒｅｍａｎｇｅａｉｌｅｈｅｓａｏｕｅｉｍｅｅ，ｐｒｎｅｔｍａｎｔｒｄａ
ｍａｎｔａｔｒａｏ．ｇｅｌｎｔｒｅ
Ｋｅｒ：Ｐｅａｅｔｍａｎｔｇｎｒｔｒｑｉａｅｔｍａｎｔｃｃｒｕｔｆｉｉｎｙ，ｍｕｔ— ａｉｂｅｙｗｏｄｓｍｒｎｎｇｅｅｅａｏ，ｅｕｖｌｎｇｅｉｉｃｉ，ｅｆｃｅｃｌｉｖｒａｌｓ
ｌｎｔａｆｅｔｖｌｍｐｏｅｔｅｅｃｅｃｆｔｌｒａｏ．Ａｎｌｓｓｒｓｌｓｏｔｉｅｙｖｒｏｓｍｅｈｄｅｇｈｃｎｅｆｃｉｅｙｉｒｖｈｆｉｎｙｏｈｅａｔｎｔｒｉｅａｙｉｅｕｔｂａｎｄｂａｕｔｏｓｉｃｎｐｏｉｅａｂｓｓａｄｒｆｒｎｅｆｒｔｅｐｒｍｅｅｏｕａｉｎａｄｅｉｎｏｔｚｔｏｆｔｅａｅｔａｒｖｄａｉｎｅｅｅｃｈａａｔｒｃｍｐｔｔｏｎｄｓｇｐｉａｉｎｏｈｅｐｒｎｎｏｍｉｍ

42V电源系统：汽车电压升级的解决方案

发生变革。某些部件将进行优化设计．某些部件将被淘汰．还将开
发和生产一些新技术产品。
（）发动机的影响：用无凸轮轴电控气门配备气相位电磁阀１对采系统．将取消凸轮轴、气门挺杆、气门摇臂、液压挺柱、正时齿轮等部件．大大简化发动机的结构。
２第一．人体所能接触的安全电压的上限是直流６Ｖ０．采用４Ｖ电程．因为只有当所有汽车零部件制造发展到４Ｖ时．这种单电压２电源系统才能被引入。为完成这个过渡．许多厂家主张采用一种压（考虑到电压波动的裕量）以免去额外的绝缘设计．从而降低成本。可
一
能满足４Ｖ电系要求．据情况．可能有些要重新设计。２但根４Ｖ汽车电源系统概述２我们知道．１Ｖ的电源系统最多只能提供３５Ｗ的功率。在未４Ｋ（）明灯具行业影响较大．因为电压升高．５照同样瓦数的灯丝必
．
来１０年内．汽车用电设备的总功率将达到５Ｗ以上．如果仍沿用Ｋ
须更细更长．而汽车产品又必须承受震动和冲击等恶劣环境．带来传统的１Ｖ电源系统．常工作电流将达到２０４正０Ａ～３０这会使整灯具可靠性问题。０Ａ，三、双电压（２＆，Ｖ方案４Ｖ１４）车线束和电器部件的成本大幅度提高将汽车电压升级￣４Ｖ以解Ｊｔ２可４Ｖ电源完全取代１Ｖ电源还需要走过一个较长的历史过２４决这一矛盾。选择４Ｖ作为升级电压是基于以下两个方面的考虑２

现代汽车42V电源系统新技术

现代汽车４２Ｖ电源系统新技术作者：刘晓岩来源：《中国新技术新产品》2009年第07期摘要：现代汽车需要更多的电力以便把最新的技术融入在他们的设计中。

目前的14伏电源总线的已成为不足。

解决方案就是把一个42伏的电源系统应用到未来的汽车，提供汽车所需要的必要电力。

这些即将到来的变化将改善燃油效率，提高动力，使汽车变得更安全，舒适，方便。

关键词：新技术；42伏电压系统；启动机与发电机一体化1为什么要采用42V 电力系统20世纪80年代以来，汽车上采用的电子新装置和新技术不断增多，汽车的电能消耗量不断增加,使汽车原有的电能供应系统出现严重不足。

现在广泛使用的12V 汽车电源已经有50 多年的历史了。

然而，随着汽车技术的快速发展，越来越多的电子元件被应用于汽车之上，在过去的20 年里，汽车上电能的消耗量增加了一倍之多。

12V 电源能提供的能量大约在3KW 左右，由图2可见，传统12V 汽车电源将严重限制未来汽车的发展。

2 为什么要采用42V 电力系统由电功率计算公式P=IU可知，在现有蓄电池或发电机直流供电系统中，当供电电压是12V额定电压时，要想为大功率用电设备或装置提供电能，必须大大提高蓄电池输出电流或大幅度增加交流发电机的输出电流。

低电压大电流输出会极大地伤害蓄电池，降低蓄电池的使用寿命甚至报废蓄电池，低电压大电流输出会降低爪极式交流发电机的效率。

为了降低直流输电线路上的电阻热损耗，导线的截面积将增加几倍，这样不仅增加了整车装备的重量，而且对发动机机舱和车厢内的空间布置也会带来困难。

提高蓄电池电压和提高交流发电机输出电压以满足汽车电子电器用电功率提高的需要，是现代汽车直流供电系统的一个主要的解决办法。

为什么电源电压不提升得更高一些？为什么不是60V 或100V？因为根据欧洲的安全法规，人体的安全电压在50V 以内，任何超过60V电压的系统，在导线及连接处都要有特殊的绝缘措施，这将势必增加系统的重量和提高成本。

汽车用42V电气系统现状与发展趋势

大必然导致电流增大，进而要求加粗导线，这样发
展下去车上的主绂束将粗如手臂，有限空间被占
用。另外功率的损耗也会使交流发电机的效率降
低。１９年ｌｔ，界著名汽车及零部件厂商在美９８Ｏｆ世国底特律开会，致赞同研制４Ｖ汽车用蓄电池。一２
１汽车电气系统电压等级的现状及
改革
１１现状．题 Fra bibliotek最佳方案，汽车的电气系统也日趋复杂，发动
机电子点火、子控制燃油喷射、抱死制动系统、电防主动悬架、子自动变速器、全气囊、航控制等电安巡
上，汽车的性能和质量都有了明显的提高。与此使
同时带来的是，需要电源提供更高的功率支持，但
在目前１Ｖ电气系统电压下要想提高系统负载功４率，导致电流增加，就要求使用截面积更大的将这
１Ｖ４电气系统，和１Ｖ电气系统只是说法上的不同。２
而随着工作条件的不同，今汽车电气系统的电压现
百Ｔ０， ‘ ｃ１ｆｉ，ｔ÷ Ｒ；ｈ１１ ’ ３１ＩＪＴ『罾ｌ矗
电缆和导线。这将占用汽车内宝贵的空间．增加汽
￣３Ｖ电压的蓄电池。１６
（见表１随着电气装置的不断增多，）对电源功率的

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T 综　述e c h n i c a lr e v i e w 微特电机 2006年第10期 4　收稿日期:2005-07-2142V 电气系统在汽车中的应用研究侯　伟,王丽芳(中国科学院电工研究所,北京100080)The Appli ca ti on and Research of 42V Powernet i n Autom ob ileHOU W ei,WAN G L i -fang(I nstitute of Electrical Engineering,Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100080,China ) 摘　要:对汽车电气系统的发展趋势进行了分析,介绍了42V 电气系统的分类及其对能量存储系统的要求,给出了42V 电气系统结构的四种可能方案并对其差异进行了简略分析,最后介绍了42V 电气系统的核心装置一体化动发电机系统及其研发现状。

关键词:42V 电气系统,汽车,一体化起动发电机中图分类号:T M 31 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2006)10-0004-03Abstract:The devel opment trend of aut omobile power sys 2te m are analyzed .The classificati on of 42V powernet and its en 2ergy st orage syste m are intr oduced .Four possible sche mes of 42V powernet’s fra me are showed and a brief analysis of their differ 2ence .Lastly,the core set of 42V powernet -integrated starter al 2ternat or/generat or (I S A /I SG )syste m and its research status are intrduced .Keywords:42V powernet;aut omobile;I S A /I SG1引　言近年来,汽车电子设备正以大约每年6%的速度增长[1],更多的机械装置将被电子设备所取代,而且还会增加更多的电子附件。

在未来十年中,汽车电子设备的增长速度将更快,预计在高档豪华轿车上,电子设备的成本将占到整车成本的40%。

随着电子设备的不断增多,汽车用电功率也逐渐增大,从1970年的平均500W 上升到2000年的平均2000W 。

在过去的五年中,以每年100W 的速度增长。

预计用电量未来几年内将以300%的速率迅速增长,到2020年将达10k W 。

图1为汽车用电功率增长示意图[2]。

图1　汽车用电功率增长示意图现有的14V 电气系统已无法满足未来汽车电子控制系统对电源功率的需求,国际汽车工业界正在积极推动14V 电气系统向42V 电气系统转化。

使用42V 电气系统,在功率不变时,电流要下降2/3。

以10k W 为例,在14V 电压时,电流高达714A,而在42V 电压时,则只有238A 。

汽车42V 电气系统的实施已经是必然发展趋势。

242V 电气系统分类及能量存储系统要求42V 电气系统按照功率等级分为三类:起停系统、中度混合系统、强混合系统。

起停系统中,电池在发动机起动和发动机关闭时供电,不接受再生制动能量;中度混合系统中,电池在加速前几秒提供辅助动力;强混合系统中,电池在整个加速过程中提供辅助动力。

中度混合系统和强混合系统都接受再生制动能量。

表1给出了42V 电气系统的能量存储系统要求[3]。

表1　42V 电气系统的能量存储系统要求42V 系统能量存储系统要求起停系统中度混合系统强混合系统放电脉冲功率/k W 6(持续2s )13(持续2s )18(持续10s )再生能量脉冲功率/k W N /A 8(持续2s )18(持续2s )发动机停机辅助负荷/k W 3(持续5m in )可利用的总能量(@3k W )250W h 300W h 700W h充电功率/k W 2.4 2.6 4.5辅助负荷时的能量利用效率90%冷起动功率(@-30℃)8k W (最低电压21V )有效寿命/年15最大系统重量/kg 102535最大系统体积/L 92028销售价格(＄/套@10万套/年)150260360最高运行电压由电池厂家决定最高开路电压/V 48(1s 后)最低运行电压/V 27系统自放电(W h /day )<20工作温度范围/(℃)-30～+52存储温度范围/(℃)-46～+66电池间最大工作温差/(℃)N /A <43汽车42V 电气系统结构方案汽车42V 电气系统势在必行,但是对于该系统的具体实现还没有形成统一的标准。

各大汽车公司纷纷提出了自己的构想。

美国德尔福汽车系统公司微特电机 2006年第10期 T 综　述e c h n i c a lr e v i e w 5　认为有如图2所示的四种方案可供选择[4]。

即单电压发电单电压电存储、单电压发电双电压存储、双电压发电单电压存储、双电压发电双电压存储。

这些电气系统结构方案的差异主要有以下三点:电气系统是采用单一42V 结构还是采用42V 和14V 双电压混合结构;若采用混合结构,交流发电机是输出单一42V 电压还是输出42V 和14V 两种电压;若采用混合结构,是采用单一36V 蓄电池还是采用36V 和12V 两个蓄电池。

图2　42V 电气系统方案大多数人认为汽车电气系统转变到42V 系统电压需要有一个过渡过程,即在开始的时候使用42V 和14V 双电压共存的混合系统,经过一段时间再根据实际需要决定是否过渡到单一42V 电气系统。

但还有一种意见则倾向于直接转换到单一42V 系统。

在42V 和14V 双电压系统结构中,高功率负载将由42V 电源总线供电,而中、低功率负载则由14V 电源总线供电。

这里又出现了两种方案,交流发电机是输出42V 和14V 两种电压分别供给不同负载,还是只输出单一42V 电压再由DC /DC 变换器得到14V 电压。

这两种方案各有优缺点:发电机输出42V 和14V 两种电压要求发电机的构造和控制比较复杂,但是不需要额外的DC /DC 变换器;输出单一42V 电压发电机的构造和控制可以比较简单,但是需要额外的DC /DC 变换器将42V 电压变换为14V 电压。

由于DC /DC 变换器技术比较成熟,最终倾向于选择发电机输出单一42V 电压而由DC /DC 变换器将其变换为14V 这种方案。

双电压系统是由交流发电机经整流调压后给蓄电池充电,但系统中采用双蓄电池还是单蓄电池的结构又有两种方案。

在双蓄电池系统中,12V 蓄电池连接在DC /DC 变换器之后,为14V 电气负载储存能量,即使发动机不运转,处于工作状态的14V 电气负载也不会消耗存储在42V 蓄电池中用来起动发动机的能量,DC /DC 变换器可以做得比较小,因为14V 电气负载可以由12V 蓄电池来提供峰值输出功率;但另一方面,12V 蓄电池将增加汽车的重量和制造成本。

而在单蓄电池结构中,14V 负载直接连接在DC /DC 变换器的输出总线上,通过功率管理电路而不是另一个蓄电池将14V 负载与36V 蓄电池隔离是可能的,但是这种方法在减少一个蓄电池的同时也会带来DC /DC 变换器的问题,使用单个集中式的DC /DC 变换器得到14V 电压,还是由配置在分布式功率总线结构上的多个离散DC /DC 变换器得到14V 电压。

42V 电气系统结构还有许多要深入研究的问题,随着研究的不断加深,必然设计出最优的42V 电气系统结构方案。

4一体化起动发电机系统一体化起动发电机系统是42V 电气系统的核心装置,也是一种多功能高技术含量的装置,包括电机、转速传感器、热敏电阻温度传感器、电压传感器、电流传感器和控制器等主要部件。

安装在发动机和变速器之间,取消了传统的飞轮、交流发电机、起动机[1]。

通过微控制器(MCU )控制发电机与起动机之间的切换,并协调其达到最佳工作状态。

该系统可在发动机全部转速范围内以80%以上的高效率发出高达8k W 的峰值输出功率。

相比之下,传统的车用交流发电机最大效率为70%,相应输出功率115k W ,且高转速时的发电效率降低到仅为30%。

新的起动发电机系统结构紧凑,采用非接触式动力传输,在设计上是无磨损及免维护的。

该系统的一个附加功能是发动机的起停功能,在当控制系统的传感器检测到汽车停止时,例如当遇到红灯时,系统自动关闭发动机以减少燃油消耗和尾气排放,当驾驶者踩下加速踏板时,I S A 系统可在零点几秒的时间内,将发动机重新起动到怠速速度。

同时,该系统还可利用电池提供高达15k W 的辅助动力,可用于汽车超车和起动时加速所需的额外动力;该系统还有将汽车制动能量回收用于发电的功能;此外,一体化起动发电机还具有减振作用,发动机可不必安装惯性飞轮[5,6]。

图3为42V 电气系统I S A 系统结构图。

系统由动力蓄电池组(36V )、储能电容、电压型逆变器、光耦隔离驱动电路、电机控制器、传感器和I S A 构成。

在此系统中,电机控制器接受通过霍尔传感器LE M 反馈回来的电流i a 、i b 、u dc 、温度传感器T 1、T 2以及通过光电脉冲旋转编码器反馈回来的转速ω,结合矢量控制算法,计算出相应的P WM 控制量,通过光耦隔离驱动电路给逆变器,控制I S A [7]。

T 综　述e c h n i c a lr e v i e w 微特电机 2006年第10期 6　图3　I S A 系统结构图由于I S A 在42V 电气系统中的重要地位,国外许多汽车公司和零部件供应商纷纷投资对其进行研究开发。

德国大陆汽车系统公司是一体化起动发电机研究的先锋,其研制的一体化起动发电阻尼系统获得1997年德国工业创新奖[8]。

继大陆汽车系统公司之后,西门子汽车系统公司也研制了它们的一体化起动发电机。

西门子的I S A 峰值输出功率可达8k W ,是传统汽车交流发电机的五倍,而其效率在整个发动机的转速范围内都高于80%。

可实现起停、瞬间起动和动力辅助等功能,这些功能可在没有性能价格损失的前提下提高汽车的燃油经济性并减少污染物的排放。

面对市场竞争,德国BMW 也推出了自己的曲轴起动发电机。

与此同时,一些美国公司和学术机构也开始一体化起动发电机的研究工作。

美国伟世通公司也推出了其I S A 的样机,最大输出功率可达12k W [5]。

5结束语汽车42V 电气系统的实施已经成为必然的发展趋势。