42V/14V双电压运行模式 - 42V汽车供电系统设计方案

 

　　2.2 42V/14V双电压运行模式

　　由于42V电源系统涉及到的产品技术改造的范围太广，因此反对电压升级的声音也不少，尤其是配件供应商，因为产品改造必将增大他们的成本因此，作为过渡阶段的42V/14V双电压系统的方案，正被越来越多的人所关注。

　　双电压系统对现有汽车零部件商的冲击较小，因此汽车业倾向于这种方案。如图3所示的双电压系统，需要有一个DC/DC转换器将42V电压转换成l4V电压，因而需要2个蓄电池（12V和36V）。而只有当大量的部件都适应42V车用电源的时候，才能大批量生产纯42V的车用电源。

　　

　　双电压系统将汽车电器与电控装置根据耗电量的大小分为两组，传统的中小功率用电器为一组，如灯具、仪表、电动雨刷等采用14V电源供电；而大功率用电器如发动机控制单元、加热、电动悬架等电器则直接采用42V的电源供电。交流发电机经整流调压后得到42V电压供给高功率负载并对36V蓄电池充电，而42V电压经DC/DC变换器之后为14V电气系统供电。

　　3 稀土永磁发电机的设计

　　12V提升到42V供电系统的转变给汽车电器元件也带来了较大变革，如新型葺电池、启动机、发电机等。42V汽车电源系统主要有42V发电机、36V蓄电池和DC/DC直流交换器组成。36V蓄电池可由三节12V蓄电池串连而成，DC/DC直流交换器也已有许多机构进行开发。

　　当前主要有3种发电机可供选择：

　　1）永磁发电机。

　　永磁电机具有很高的能量转化效率和可靠性。

　　2）有刷硅整流发电机。

　　目前汽车使用的大部分是有刷硅整流发电机，但是该机带有碳刷滑环装置，碳刷容易磨损，寿命短，故障率高。

　　3）无刷硅整流发电机。

　　无刷硅整流发电机维护简便，可靠性高，但该机增加了磁场气隙，漏磁大，材料利用率低，成本高。

　　目前稀土永磁材料已经具备了较高的性价比，现代电力电子技术也为研制出斩波式的电子稳压器奠定了基础。因此，利用稀土永磁材料和现代电力电子元件研制出结构简单、发电效率高、寿命长的42V稀土永磁发电机具有较高的研究价值和广阔的推广前景。

　　设计的钕铁硼永磁发电装置结构示意图如图4所示，还研制了三相半控桥整流稳压电路（图5）。该电路由三相半控桥整流电路、电压信号取样电路和触发电路组成。当发电机输出电压低于目标稳压值时，电子稳压器为三相整流输出。当发电机输出电压高于目标稳压值时，电压信号取样电路自动使三相半控桥整流电路瞬时断开，降低输出电医当发电机输出电压再低于目标稳压值时，三相半控桥整流电路再恢复工作，周而复始。通过整流、斩波，保证了发电机输出电压稳定的直流电。

　　

　　

　　4 性能试验

　　42v永磁发电机采用12极有极靴星形转子式三相永磁同步发电机，发电机额定电压，42V；额定功率，3000W；额定转速，4000r/mln。磁性材料选用钕铁硼NTP30H，剩磁感应强度Br=1.12T，磁场强度Hc=790kA/m，最大磁能积，224～256kJ/m。在负载功率分别为2800，3000和3200W的条件下，对新研制的三相半控桥式整流稳压钕铁硼永磁发电机从低速到高速进行性能试验，试验结果如表2所示。

　　从表2中看出，当发电机转速由2000r/min变化到4800r/min时，负载功率由2800W变化到3200W时，输出电压稳定在37.17—42.63V之间，该性能指标达到了设计要求。

　　5 结论

　　1）目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势，就像上世纪50年代将6V电源升级至现行的12V电源一样势不可挡。

　　2）作为过渡阶段，对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个研发热点。

　　3）42V汽车供电系统标准的实施，将对汽车电器与电子设备带来巨大的冲击，同时也会给整个汽车界带来新一轮的技术革命。