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浅析高压电源42V现状及在汽车电源系统的应用
[摘要]本文分析了高压电源 42 V的现状及优点，并分析了42V在汽车电源系统应用的问题。
[关键词] 高压电源 42V；现状；优点；应用
前言
当代社会，随着汽车电子和电器技术的发展，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，这就要求汽车电源提供更高的电能。目前汽车的14V电源系统只能产生3KW的动力，已经不能满足需要，而42V电源系统能提供8KW的动力，对汽车电器提供了较大的发展空间。采用42V电源的最重要的意义还在于使产品设计人员从过去许多局限性中解脱出来，为汽车技术的发展提供了充分的想象空间。
一、汽车供电系统发展问题的提出
图1汽车供电系统
如图1所示,汽车供电系统上的电能是由与汽车发动机同轴(或其它传动结构带动)的发电机产生的,并供给14V(标称12V)标准蓄电池(组)和用电器。当发电机停止工作时,蓄电池可满足汽车启动和短期的用电要求。在14V标准(以下统称低压)供电系统中,最大可提供3KW的功率,电流高达200A以上。由于早期的汽车仅有几十个指示灯及少量用电设备,其消耗的电能一般在几百到几千瓦,因此低压电源完全可以满足用电要求。然而,随着汽车行业的发展,一辆中档汽车的供电系统需要负担50多个连接器,1500多个电路模块,2000多个终端,指示和照明灯就超过100多个,线缆长度近5km,耗电超过2.8KW,这就给供电系统的安全使用造成了极大的威胁,同时极大地限制了车用电器设备的配备使用和开发。因此，作为一种发展趋势，汽车用电设备将需要不断的增加,如各种安全装置、车用导航和通讯系统、冷热空调及简易生活设施、自动驾驶和汽车稳定装置等,所需的电能将达到几千瓦到十几千瓦"如仍采用14V低压电源供电系统,将给供电
技术带来巨大的压力,造成能源浪费,同时也给环境保护带来了新的问题。为了满足未来汽车的需求,业内人士提出将现在使用的系统电压提高三倍(3×14V),并且控制在50V之下(这种电压能够使人的心跳停止)，即42V标准将取代现在的12V系统,就像50年代从6V转变到12V一个样。由此来看，在输出相同电流情况下,输出功率提高了三倍,能满足未来汽车因增加车载用电设备所需的大功率电源的要求,同时可降低电源系统的成本和体积。在新的电气系统中,有两种实施方案,一种是全车42V单电源方案,另一种是14V/42V双电源方案。用42V单电源方案,对目前汽车电子器件制造行业产生重大冲击,如汽车用小型马达!继电器和制动器在14V电压下工作非常稳定,但若直接接入42V电路,就会产生电弧、火花和电磁干扰等现象；再如汽车车灯仍采用钨灯技术的话,也需要采用14V系统供电。采用14V/42V双电源方案则冲击较小,过渡平缓"因此采用双电源方案更有利于汽车产业的平稳发展。
二、对高压电源 42 V的现状及优点分析
㈠高压电源 42V的现状
新的高压电源系统有两种类型,一种是单一电压的42V系统,另一种是双电压的14/42V系统。两种电源系统的目的虽然一致,但出于实现难易程度不同,又各有自己的特点,前者为最终型,后者为过渡型。
⒈14/42V双电压电气系统。该系统将汽车电器与电控装置根据耗电大小分为两组,中小功率为一组,用14V电压供电,较大功率电器装置采用42V电压供电,这些装置平均功率分别在400-1000W范围内,峰值功率可高达500-5000W。提高电压值可以减少电器装置本身的体积、质量和损耗,也有利于控制装置的小型化,提高集成度。例如三元催化转换加热器、挡风玻璃加热器、冷却风机、电气悬架、电磁阀驱动电器等。传统电器及部分电器装置(例如照明、信号、仪表板、电动摇窗机、中央控锁系统、发动机电子燃油喷射装置、点火控制装置等)功率不大,采用14V供电有利。因此,14/42V双电压系统能很快达到实用化,而且能够为最终实现单一的42V系统打下基础。
⒉42V电气系统单一电压的42V电气系统具有使用效率高、控制系统较为简单、配用电池为一组同等电压的蓄电池等特点,其核心是集成式启动)交流电机系统(integratedstarteralternator简称为ISA)。该系统集电源启动供电和交流电机发电两大功能于一身,可以实现更强大的电力供应以及具有良好的起步)停车特性,并因此具有更佳的燃油经济性和更低的有害气体排放。该系统还可以在低发动机转速下有效提速,并可以显著缓冲引擎的扭矩脉动。该系统的独到之处还在于与之相配的车用电源系统由蓄电池组和超级电容器组成。但在现有的生产工艺和人们对价格的认可方面还未能普及。
㈡高压电源 42V的优点
⒈能够使电源系统更为高效。常规性交流发电机只能在怠速时优化电流。42V电气系统的起动发电一体机将取代传统的起动机、皮带驱动式发电机和飞轮。遇交通灯时,发动机将自动关闭而不是怠速。驱动水泵的将是电动机,而不是连接发动机曲轴皮带轮的皮带,这样可减轻发动机的负荷。
⒉能够提高电源的功率，增加用电设备。现在汽车上的电器装置愈来愈多，如电动转向、电制动、主动悬架、自动导航系统和自娱系统等。由于功率与电压的平方成正比，42 V电源技术留给汽车电器的发展空间就极为可观了，它同时也使大量高新技术在汽车上的广泛应用成为可能。
⒊设计更灵活性。新的电源系统可以把发动机的机械驱动的控制系统和附件从发动机中分离出来,集成到一起,由电动机直接驱动,以进一步减少发动机的部件,降低发动机的自重并提高效率。由于提高电压值，相同功率下可以减少电器装置的体积、质量和损耗，也有利于控制装置的小型化，提高集成度。例如可以设计更小的点火线圈。
⒋能解放设计思路，提高设备的整体效率。采用42 V电源还可以使产品设计人员从过去的许多局限性中解脱出来，为汽车技术发展提供了充分的想象空间。采用42 V电源以后，就可以把发动机的机械驱动的控制系统和附件(如发动机的冷却系统)从发动机中分离出来，集成到一起，由电动机直接驱动，如此可以进一步减少发动机的部件，减小发动机的自身质量并提高效率。
⒌能使新技术的应用成为可能。有了42V系统,许多以前看似不切实际或不可能的技术也都变得可行了。在42V电气系统中,线控技术、行驶平顺性控制装置、电子加热式催化器和电磁阀系统都能更有效地使用,为车辆的结构改进提供了更大的可能性。使用42V电源系统,发动机的一些附件如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等可直接由新的电源系统驱动,从而减少空转消耗,提高能源利用效率。此外,上述部件还可从发动机中分离出来,减少发动机的部件数量,改进设计,
[关键词] 高压电源 42V；现状；优点；应用
前言
当代社会，随着汽车电子和电器技术的发展，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，这就要求汽车电源提供更高的电能。目前汽车的14V电源系统只能产生3KW的动力，已经不能满足需要，而42V电源系统能提供8KW的动力，对汽车电器提供了较大的发展空间。采用42V电源的最重要的意义还在于使产品设计人员从过去许多局限性中解脱出来，为汽车技术的发展提供了充分的想象空间。
一、汽车供电系统发展问题的提出
图1汽车供电系统
如图1所示,汽车供电系统上的电能是由与汽车发动机同轴(或其它传动结构带动)的发电机产生的,并供给14V(标称12V)标准蓄电池(组)和用电器。当发电机停止工作时,蓄电池可满足汽车启动和短期的用电要求。在14V标准(以下统称低压)供电系统中,最大可提供3KW的功率,电流高达200A以上。由于早期的汽车仅有几十个指示灯及少量用电设备,其消耗的电能一般在几百到几千瓦,因此低压电源完全可以满足用电要求。然而,随着汽车行业的发展,一辆中档汽车的供电系统需要负担50多个连接器,1500多个电路模块,2000多个终端,指示和照明灯就超过100多个,线缆长度近5km,耗电超过2.8KW,这就给供电系统的安全使用造成了极大的威胁,同时极大地限制了车用电器设备的配备使用和开发。因此，作为一种发展趋势，汽车用电设备将需要不断的增加,如各种安全装置、车用导航和通讯系统、冷热空调及简易生活设施、自动驾驶和汽车稳定装置等,所需的电能将达到几千瓦到十几千瓦"如仍采用14V低压电源供电系统,将给供电
技术带来巨大的压力,造成能源浪费,同时也给环境保护带来了新的问题。为了满足未来汽车的需求,业内人士提出将现在使用的系统电压提高三倍(3×14V),并且控制在50V之下(这种电压能够使人的心跳停止)，即42V标准将取代现在的12V系统,就像50年代从6V转变到12V一个样。由此来看，在输出相同电流情况下,输出功率提高了三倍,能满足未来汽车因增加车载用电设备所需的大功率电源的要求,同时可降低电源系统的成本和体积。在新的电气系统中,有两种实施方案,一种是全车42V单电源方案,另一种是14V/42V双电源方案。用42V单电源方案,对目前汽车电子器件制造行业产生重大冲击,如汽车用小型马达!继电器和制动器在14V电压下工作非常稳定,但若直接接入42V电路,就会产生电弧、火花和电磁干扰等现象；再如汽车车灯仍采用钨灯技术的话,也需要采用14V系统供电。采用14V/42V双电源方案则冲击较小,过渡平缓"因此采用双电源方案更有利于汽车产业的平稳发展。
二、对高压电源 42 V的现状及优点分析
㈠高压电源 42V的现状
新的高压电源系统有两种类型,一种是单一电压的42V系统,另一种是双电压的14/42V系统。两种电源系统的目的虽然一致,但出于实现难易程度不同,又各有自己的特点,前者为最终型,后者为过渡型。
⒈14/42V双电压电气系统。该系统将汽车电器与电控装置根据耗电大小分为两组,中小功率为一组,用14V电压供电,较大功率电器装置采用42V电压供电,这些装置平均功率分别在400-1000W范围内,峰值功率可高达500-5000W。提高电压值可以减少电器装置本身的体积、质量和损耗,也有利于控制装置的小型化,提高集成度。例如三元催化转换加热器、挡风玻璃加热器、冷却风机、电气悬架、电磁阀驱动电器等。传统电器及部分电器装置(例如照明、信号、仪表板、电动摇窗机、中央控锁系统、发动机电子燃油喷射装置、点火控制装置等)功率不大,采用14V供电有利。因此,14/42V双电压系统能很快达到实用化,而且能够为最终实现单一的42V系统打下基础。
⒉42V电气系统单一电压的42V电气系统具有使用效率高、控制系统较为简单、配用电池为一组同等电压的蓄电池等特点,其核心是集成式启动)交流电机系统(integratedstarteralternator简称为ISA)。该系统集电源启动供电和交流电机发电两大功能于一身,可以实现更强大的电力供应以及具有良好的起步)停车特性,并因此具有更佳的燃油经济性和更低的有害气体排放。该系统还可以在低发动机转速下有效提速,并可以显著缓冲引擎的扭矩脉动。该系统的独到之处还在于与之相配的车用电源系统由蓄电池组和超级电容器组成。但在现有的生产工艺和人们对价格的认可方面还未能普及。
㈡高压电源 42V的优点
⒈能够使电源系统更为高效。常规性交流发电机只能在怠速时优化电流。42V电气系统的起动发电一体机将取代传统的起动机、皮带驱动式发电机和飞轮。遇交通灯时,发动机将自动关闭而不是怠速。驱动水泵的将是电动机,而不是连接发动机曲轴皮带轮的皮带,这样可减轻发动机的负荷。
⒉能够提高电源的功率，增加用电设备。现在汽车上的电器装置愈来愈多，如电动转向、电制动、主动悬架、自动导航系统和自娱系统等。由于功率与电压的平方成正比，42 V电源技术留给汽车电器的发展空间就极为可观了，它同时也使大量高新技术在汽车上的广泛应用成为可能。
⒊设计更灵活性。新的电源系统可以把发动机的机械驱动的控制系统和附件从发动机中分离出来,集成到一起,由电动机直接驱动,以进一步减少发动机的部件,降低发动机的自重并提高效率。由于提高电压值，相同功率下可以减少电器装置的体积、质量和损耗，也有利于控制装置的小型化，提高集成度。例如可以设计更小的点火线圈。
⒋能解放设计思路，提高设备的整体效率。采用42 V电源还可以使产品设计人员从过去的许多局限性中解脱出来，为汽车技术发展提供了充分的想象空间。采用42 V电源以后，就可以把发动机的机械驱动的控制系统和附件(如发动机的冷却系统)从发动机中分离出来，集成到一起，由电动机直接驱动，如此可以进一步减少发动机的部件，减小发动机的自身质量并提高效率。
⒌能使新技术的应用成为可能。有了42V系统,许多以前看似不切实际或不可能的技术也都变得可行了。在42V电气系统中,线控技术、行驶平顺性控制装置、电子加热式催化器和电磁阀系统都能更有效地使用,为车辆的结构改进提供了更大的可能性。使用42V电源系统,发动机的一些附件如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等可直接由新的电源系统驱动,从而减少空转消耗,提高能源利用效率。此外,上述部件还可从发动机中分离出来,减少发动机的部件数量,改进设计,
