电压升级与数据总线技术---给未来汽车发展带来新的商机

在汽车技术高度发展的今天，汽车电器的容量大幅度增长。20世纪80年代以来，随着人们对汽车乘坐舒适性、燃油经济性、排放环保性要求的日益提高，汽车上的新装置、新技术不断增多，能耗量不断增加。由于电能具有传输简便、转换容易、控制灵活等一系列优点，采用电磁或电动执行器取代液压传动和气压传动执行器已成为一种趋势。

1.新型的双电压供电系统在汽车上应用势在必行

一些带电的机械装置逐步转变为带机械的电子装置，大大增加了电气系统的负荷。在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，这就要求汽车电气提供更高的电能，传统的14V电压供电系统已经捉襟见肘，一种新型的双电压(14/42V)供电系统即将在汽车上应用。雷诺汽车公司1980年以来,汽车电气系统的用电量以每年大约4%的幅度增加，交流发电机输出功率从几百瓦增加到现在的约1.5kW。预计2 005年豪华轿车上选装的带电子(磁)的负载及功耗消耗可达5kW左右。



2.汽车电压升级的解决方案

进入21世纪，汽车电压升级的问题就进入了实质性的议事日程，试验性应用已经开始。在新的电气系统中，有两种实施方案，一种是全车42V单电压方案，另一种是14V/42V双电压方案。前者会对目前汽车零配件制造行业产生重大冲击，后者则冲击较小，过渡平缓。因此汽车工业界倾向于双电压方案。目前汽车业已就使用14/42V电压供电来达成一致。

如何提高汽车供电系统的电压，已成为一些国际论坛中的讨论热点，尤其在欧洲，由于燃油价格较高，因此，对改进汽车效率放在优先地位。为了满足汽车电器装置日益增多、用电量愈来愈大对电源系统供电功率增大的要求，目前世界各国正在研究48V电源系统，欧洲共同体计划从2008年开始采用48V电源系统。有人建议将目前汽车上采用的12V电源改为42V(发电机输出电压14V的3倍)，因为从理论上讲，电压提高3倍，电流会减少65%。但电压改动将涉及整个汽车电气系统的技术改造，还涉及到配件供应商、配套商的利益问题。例如现在的蓄电池都是6V或l2V，实施升压要研制生产24V或48V的新型蓄电池。汽车上的发电机、起动机、雨刮电动机、微型电动机、灯泡、仪表、继电器等器件都要改。像其它新生事物一样，高电压电子系统目前仍面临许多挑战，还存在一些缺点需要克服。其中之一便是如何产生达到当前负荷要求的能量和如何得到所需新材料。



汽车交流发电机效率不高(每产生lW电能需要消耗2W发动机功率)，且怠速时输出特性只是满负荷时输出的1/4。这种情况下，如何发展还很难说，但交流发电机现今还不能在刚好高于怠速转速时产生90%的输出。双电路供电系统的缺点还有，例如需要两个14V及42V蓄电池组，因而增加了车辆附加承载，占用更大的空间及增加造价。而且尚待解决的问题不少，例如DC/DC变换器产生的电磁干扰;高电压瞬态现象及抑制控制方法;双电压电器系统在车辆运行时的功率流向及分配问题等等;尤其是安全问题，安全保险设置是头号的问题，绝缘和保险设置的标准要重新制定。涉及产品技术改造的范围太广，所以反对汽车电压升级的意见也不少，尤其是配件供应商，因为产品改造必然会加大他们的成本。  

3.14V/42V双电压开发进展　　  

报载欧美的汽车制造商与零部件供应商已达成协议，将汽车的供电系统电压标准由l2V提高到42V,不久将开始执行。汽车上采用12V电压已有30多年历史，当时对改善启动性能，提高电器件效率起了一定作用。但目前己不适应技术发展的需要，从理论上讲电压提高3倍，电流就可减小2/3，因而可以大大减小电缆、电动机、线圈等尺寸及质量。特别是可使一些新技术如电子控制电动气阀机构、飞轮内装启动机/发电机一体式结构,以及电子控制电动制动器、转向系的应用成为可能;同时，可以减轻汽车质量并提高效率。但提高电压对采用灯丝型灯光系统有不利影响。因此有可能在开始阶段，仍保持l2V与42V同存一个时期。  

为了解决日益增长的汽车电力供需之间的矛盾，美国通用公司已经研制一种适用于42伏特的汽车用电系统，电动汽车EV1将首先试行使用这套系统, 成为首辆使用42伏特的汽车。美国德尔福(Delphi)汽车系统公司正在开发输出功率为5千瓦级的“Energen5”和输出功率为10千瓦级的“Energen10”两种电气系统，以便用于采用42V电气系统的汽车。Energen5系统由起动机和发电机为一体的总成ISG（Integrated Starter Generator）和逆变器组成。使用对象主要是排气量为1～2升的小型轿车，该系统的目标是提高燃烧效率。发动机启动时，可将ISG的输出作为辅助动力传送至发动机；减速时，利用发动机过剩的旋转力量推动ISG来发电，并将电能储存在蓄电池中。采用这种系统能使发动机迅速起动，这样能减少尾气排放。而且，还能把以前汽车减速时浪费掉的能量储存到蓄电池里进行再利用。Energen10则可以提供电力以便在一段时间内完全靠电动机来驱动车轮，或者驱动今后将增添各种各样车载设备的车辆。该系统的开发主要着眼于次混合驱动（Mild Hybrid）车，适合用于高档轿车。除这上述2种系统外，该公司还在开发输出功率为20千瓦级的“Energen20”系统。该系统使用比42V更高的电压，比如1
50V或者200V、300V等。该系统是用于完全靠电动机来行驶的纯混合驱动汽车。Energen5和Energen10只需将现有汽车的部分零件更换后便可使用，而Energen20则要重新设计汽车的底盘和传动系统等。