42V汽車供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(2)

　　2.2 42V/14V雙電壓運(yùn)行模式

　　由于42V電源系統(tǒng)涉及到的產(chǎn)品技術(shù)改造的范圍太廣，因此反對(duì)電壓升級(jí)的聲音也不少，尤其是配件供應(yīng)商，因?yàn)楫a(chǎn)品改造必將增大他們的成本因此，作為過渡階段的42V/14V雙電壓系統(tǒng)的方案，正被越來越多的人所關(guān)注。

　　雙電壓系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有汽車零部件商的沖擊較小，因此汽車業(yè)傾向于這種方案。如圖3所示的雙電壓系統(tǒng)，需要有一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器將42V電壓轉(zhuǎn)換成l4V電壓，因而需要2個(gè)蓄電池（12V和36V）。而只有當(dāng)大量的部件都適應(yīng)42V車用電源的時(shí)候，才能大批量生產(chǎn)純42V的車用電源。

　　雙電壓系統(tǒng)將汽車電器與電控裝置根據(jù)耗電量的大小分為兩組，傳統(tǒng)的中小功率用電器為一組，如燈具、儀表、電動(dòng)雨刷等采用14V電源供電；而大功率用電器如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、加熱、電動(dòng)懸架等電器則直接采用42V的電源供電。交流發(fā)電機(jī)經(jīng)整流調(diào)壓后得到42V電壓供給高功率負(fù)載并對(duì)36V蓄電池充電，而42V電壓經(jīng)DC/DC變換器之后為14V電氣系統(tǒng)供電。

　　3 稀土永磁發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

　　12V提升到42V供電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變給汽車電器元件也帶來了較大變革，如新型葺電池、啟動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等。42V汽車電源系統(tǒng)主要有42V發(fā)電機(jī)、36V蓄電池和DC/DC直流交換器組成。36V蓄電池可由三節(jié)12V蓄電池串連而成，DC/DC直流交換器也已有許多機(jī)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。

　　當(dāng)前主要有3種發(fā)電機(jī)可供選擇：

　　1）永磁發(fā)電機(jī)。

　　永磁電機(jī)具有很高的能量轉(zhuǎn)化效率和可靠性。

　　2）有刷硅整流發(fā)電機(jī)。

　　目前汽車使用的大部分是有刷硅整流發(fā)電機(jī)，但是該機(jī)帶有碳刷滑環(huán)裝置，碳刷容易磨損，壽命短，故障率高。

　　3）無刷硅整流發(fā)電機(jī)。

　　無刷硅整流發(fā)電機(jī)維護(hù)簡便，可靠性高，但該機(jī)增加了磁場氣隙，漏磁大，材料利用率低，成本高。

　　目前稀土永磁材料已經(jīng)具備了較高的性價(jià)比，現(xiàn)代電力電子技術(shù)也為研制出斬波式的電子穩(wěn)壓器奠定了基礎(chǔ)。因此，利用稀土永磁材料和現(xiàn)代電力電子元件研制出結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)電效率高、壽命長的42V稀土永磁發(fā)電機(jī)具有較高的研究價(jià)值和廣闊的推廣前景。

　　設(shè)計(jì)的釹鐵硼永磁發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，還研制了三相半控橋整流穩(wěn)壓電路（圖5）。該電路由三相半控橋整流電路、電壓信號(hào)取樣電路和觸發(fā)電路組成。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓低于目標(biāo)穩(wěn)壓值時(shí)，電子穩(wěn)壓器為三相整流輸出。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓高于目標(biāo)穩(wěn)壓值時(shí)，電壓信號(hào)取樣電路自動(dòng)使三相半控橋整流電路瞬時(shí)斷開，降低輸出電醫(yī)當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓再低于目標(biāo)穩(wěn)壓值時(shí)，三相半控橋整流電路再恢復(fù)工作，周而復(fù)始。通過整流、斬波，保證了發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定的直流電。

　　4 性能試驗(yàn)

　　42v永磁發(fā)電機(jī)采用12極有極靴星形轉(zhuǎn)子式三相永磁同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定電壓，42V；額定功率，3000W；額定轉(zhuǎn)速，4000r/mln。磁性材料選用釹鐵硼NTP30H，剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br=1.12T，磁場強(qiáng)度Hc=790kA/m，最大磁能積，224～256kJ/m。在負(fù)載功率分別為2800，3000和3200W的條件下，對(duì)新研制的三相半控橋式整流穩(wěn)壓釹鐵硼永磁發(fā)電機(jī)從低速到高速進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　從表2中看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由2000r/min變化到4800r/min時(shí)，負(fù)載功率由2800W變化到3200W時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定在37.17—42.63V之間，該性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　5 結(jié)論

　　1）目前汽車電源系統(tǒng)由14V電源向42V電源發(fā)展已經(jīng)是必然的趨勢，就像上世紀(jì)50年代將6V電源升級(jí)至現(xiàn)行的12V電源一樣勢不可擋。

　　2）作為過渡階段，對(duì)42V/14V雙電壓系統(tǒng)的研究將會(huì)是汽車界最近時(shí)期的一個(gè)研發(fā)熱點(diǎn)。

　　3）42V汽車供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將對(duì)汽車電器與電子設(shè)備帶來巨大的沖擊，同時(shí)也會(huì)給整個(gè)汽車界帶來新一輪的技術(shù)革命。