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在汽車技術高度發展的今天，汽車電器的容量大幅度增長。20世紀80年代以來，隨著人們對汽車乘坐舒適性、燃油經濟性、排放環保性要求的日益提高，汽車上的新裝置、新技術不斷增多，能耗量不斷增加。由于電能具有傳輸簡便、轉換容易、控制靈活等一系列優點，采用電磁或電動執行器取代液壓傳動和氣壓傳動執行器已成為一種趨勢。 1.新型的雙電壓供電系統在汽車上應用勢在必行 一些帶電的機械裝置逐步轉變為帶機械的電子裝置，大大增加了電氣系統的負荷。在以節能、環保和安全為中心的現代汽車中，電氣設備越來越多，電氣負荷越來越大，這就要求汽車電氣提供更高的電能，傳統的14V電壓供電系統已經捉襟見肘，一種新型的雙電壓(14/42V)供電系統即將在汽車上應用。雷諾汽車公司1980年以來,汽車電氣系統的用電量以每年大約4%的幅度增加，交流發電機輸出功率從幾百瓦增加到現在的約1.5kW。預計2 005年豪華轎車上選裝的帶電子(磁)的負載及功耗消耗可達5kW左右。 2.汽車電壓升級的解決方案 進入21世紀，汽車電壓升級的問題就進入了實質性的議事日程，試驗性應用已經開始。在新的電氣系統中，有兩種實施方案，一種是全車42V單電壓方案，另一種是14V/42V雙電壓方案。前者會對目前汽車零配件制造行業產生重大沖擊，后者則沖擊較小，過渡平緩。因此汽車工業界傾向于雙電壓方案。目前汽車業已就使用14/42V電壓供電來達成一致。 如何提高汽車供電系統的電壓，已成為一些國際論壇中的討論熱點，尤其在歐洲，由于燃油價格較高，因此，對改進汽車效率放在優先地位。為了滿足汽車電器裝置日益增多、用電量愈來愈大對電源系統供電功率增大的要求，目前世界各國正在研究48V電源系統，歐洲共同體計劃從2008年開始采用48V電源系統。有人建議將目前汽車上采用的12V電源改為42V(發電機輸出電壓14V的3倍)，因為從理論上講，電壓提高3倍，電流會減少65%。但電壓改動將涉及整個汽車電氣系統的技術改造，還涉及到配件供應商、配套商的利益問題。例如現在的蓄電池都是6V或l2V，實施升壓要研制生產24V或48V的新型蓄電池。汽車上的發電機、起動機、雨刮電動機、微型電動機、燈泡、儀表、繼電器等器件都要改。像其它新生事物一樣，高電壓電子系統目前仍面臨許多挑戰，還存在一些缺點需要克服。其中之一便是如何產生達到當前負荷要求的能量和如何得到所需新材料。 汽車交流發電機效率不高(每產生lW電能需要消耗2W發動機功率)，且怠速時輸出特性只是滿負荷時輸出的1/4。這種情況下，如何發展還很難說，但交流發電機現今還不能在剛好高于怠速轉速時產生90%的輸出。雙電路供電系統的缺點還有，例如需要兩個14V及42V蓄電池組，因而增加了車輛附加承載，占用更大的空間及增加造價。而且尚待解決的問題不少，例如DC/DC變換器產生的電磁干擾;高電壓瞬態現象及抑制控制方法;雙電壓電器系統在車輛運行時的功率流向及分配問題等等;尤其是安全問題，安全保險設置是頭號的問題，絕緣和保險設置的標準要重新制定。涉及產品技術改造的范圍太廣，所以反對汽車電壓升級的意見也不少，尤其是配件供應商，因為產品改造必然會加大他們的成本。 3.14V/42V雙電壓開發進展 報載歐美的汽車制造商與零部件供應商已達成協議，將汽車的供電系統電壓標準由l2V提高到42V,不久將開始執行。汽車上采用12V電壓已有30多年歷史，當時對改善啟動性能，提高電器件效率起了一定作用。但目前己不適應技術發展的需要，從理論上講電壓提高3倍，電流就可減小2/3，因而可以大大減小電纜、電動機、線圈等尺寸及質量。特別是可使一些新技術如電子控制電動氣閥機構、飛輪內裝啟動機/發電機一體式結構,以及電子控制電動制動器、轉向系的應用成為可能;同時，可以減輕汽車質量并提高效率。但提高電壓對采用燈絲型燈光系統有不利影響。因此有可能在開始階段，仍保持l2V與42V同存一個時期。 為了解決日益增長的汽車電力供需之間的矛盾，美國通用公司已經研制一種適用于42伏特的汽車用電系統，電動汽車EV1將首先試行使用這套系統, 成為首輛使用42伏特的汽車。美國德爾福(Delphi)汽車系統公司正在開發輸出功率為5千瓦級的“Energen5”和輸出功率為10千瓦級的“Energen10”兩種電氣系統，以便用于采用42V電氣系統的汽車。Energen5系統由起動機和發電機為一體的總成ISG（Integrated Starter Generator）和逆變器組成。使用對象主要是排氣量為1～2升的小型轎車，該系統的目標是提高燃燒效率。發動機啟動時，可將ISG的輸出作為輔助動力傳送至發動機；減速時，利用發動機過剩的旋轉力量推動ISG來發電，并將電能儲存在蓄電池中。采用這種系統能使發動機迅速起動，這樣能減少尾氣排放。而且，還能把以前汽車減速時浪費掉的能量儲存到蓄電池里進行再利用。Energen10則可以提供電力以便在一段時間內完全靠電動機來驅動車輪，或者驅動今后將增添各種各樣車載設備的車輛。該系統的開發主要著眼于次混合驅動（Mild Hybrid）車，適合用于高檔轎車。除這上述2種系統外，該公司還在開發輸出功率為20千瓦級的“Energen20”系統。該系統使用比42V更高的電壓，比如1 50V或者200V、300V等。該系統是用于完全靠電動機來行駛的純混合驅動汽車。Energen5和Energen10只需將現有汽車的部分零件更換后便可使用，而Energen20則要重新設計汽車的底盤和傳動系統等。 4.多路傳輸技術 目前，在汽車上己經開始越來越多地使用CAN數據總線。在現代轎車的設計中，CAN已經成為必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃及雷諾汽車都將CAN作為控制器聯網的手段。由于我國中高級轎車主要以歐洲車型為主，因此歐洲車應用最廣泛的CAN技術，也將是國產轎車引進的技術項目。目前汽車上的網絡連接方式主要采用2條CAN，一條用于驅動系統的高速CAN，速率達到500kbit/s，另一條用于車身系統的低速CAN，速率是100kbit/s。 隨著汽車高電壓系統的采用，半導體管體積將變小、價格也相應降低，實際上還推動了一項新技術--多路傳輸技術的發展。多路傳輸技術的原理是用一根電纜發送和接收來自車燈、傳感器和其它電器設備的控制信號。采用高電壓系統后，那些小巧價廉而靈敏的開關能降低多路傳輸技術的成本，從而可用于大型車輛。 目前全球汽車制造商將共同為未來電子系統電壓制定一項新標準，即36V/12V雙電壓系統將和42V電壓系統一起使用。預計第一個運用42V電壓系統的汽車將在幾年后出現，而且在隨后的十年里國際汽車業將會發生一個長久、徹底的變化。幾年前在底特律召開的SAE年會上，也有很多關于這方面的討論，即如何去發展42V電壓系統:目前面臨的困難是什么:如何解決等等。 當然汽車電壓升級的好處也顯而易見。除了能減少線束截面積，減小電機體積外，還能趁機將車上的電器來一場“革命”，例如終結目前使用的機械式繼電器，進入固態開關模式，采用電子模塊代替目前的分立元件等。據行業人士認為，目前的豪華轎車使用1～3千瓦的功率，而到2010年高級轎車的使用功率將達到10～20千瓦，如果汽車性能要提高，設置要增多，唯有走電壓升級這一條路才能解決問題�？梢灶A見,汽車電氣技術的改革，不論采用升壓制或者數據總線制，或者兩者都采用，它都會給汽車發展注入新的活力。 14/42V及42V電氣系統已得到國際汽車工業界的廣泛認可，因此，可以相信這一新的汽車電氣系統進入實用化的時間已為期不遠。由于該電氣系統的固有特點，以功率半導體元器件同微電子器件相結合的控制裝置，將在新的電氣系統中獲得大量應用，這將對傳統的汽車電器帶來較大的沖擊，并對汽車電子、電器零部件的產業結構產生深遠影響。目前，我國相關行業已對新的汽車電氣系統給予了應有的關注，這一汽車新技術正進入研究起步階段。 |
