丁在明

（山東交通職業(yè)學(xué)院，261206）

1 42V 電源系統(tǒng)的由來

汽車使用14V 電源系統(tǒng)始于上世紀(jì)50 年代，當(dāng)時(shí)汽車的電子附件少之又少，14V 電源系統(tǒng)完全能滿足需要。近年來，隨著各種電子設(shè)備在汽車上的廣泛應(yīng)用，特別是改善汽車舒適性、操控性以及安全性的電子裝置的逐步增多，汽車智能化程度的不斷提高，新的電氣裝置在汽車上被不斷采用，如各種發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)（包括電控噴射、廢氣再循環(huán)電控、增壓電控等）、巡航控制、陸地導(dǎo)航、空氣調(diào)節(jié)、車載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，使汽車電子附件所占的比例大幅提高。這些裝置的執(zhí)行器通常要求較大的功率，相應(yīng)的耗電量也會(huì)大大增加。如何提供足夠的電力，保證所有電器系統(tǒng)可靠的工作，已成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的瓶頸。由于電能具有傳輸簡便、轉(zhuǎn)換容易、控制靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用電磁或電動(dòng)執(zhí)行器取代液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)執(zhí)行器已成為一種趨勢。一些帶電的機(jī)械裝置逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閹C(jī)械的電子裝置，更大大增加了電氣系統(tǒng)的負(fù)荷。在以節(jié)能、環(huán)保和安全為中心的現(xiàn)代汽車中，電氣設(shè)備越來越多，電氣負(fù)荷越來越大，電氣系統(tǒng)功率消耗明顯增加，這就要求汽車電源能提供更高的電能。14V 電源系統(tǒng)3 千瓦左右的功率已經(jīng)不能滿足需要。因此采用新的電源系統(tǒng)取代14V 電源系統(tǒng)將是大勢所趨。1995 年，在一個(gè)關(guān)于汽車工業(yè)與精密電子工程發(fā)展的會(huì)議上，有專家提出了42V 電源系統(tǒng)的應(yīng)用。42V 是指汽車工作時(shí)的電壓，蓄電池電壓是36V，這與目前汽車采用14V 電源系統(tǒng)，而蓄電池電壓是12V 的道理是一樣的。提出42V 電源系統(tǒng)的具體原因有以下幾個(gè)方面：①現(xiàn)代汽車已經(jīng)應(yīng)用的電子控制器件，如發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)、空調(diào)、中央控制門鎖、電動(dòng)門窗和音響等系統(tǒng)，使得14V 電源系統(tǒng)的供電能力趨于供電極限，難以支持下一代汽車設(shè)計(jì)中新增加的電子設(shè)備，如車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、多媒體電子元器件和網(wǎng)絡(luò)化汽車電子設(shè)備等。②已經(jīng)開發(fā)成功的新一代汽車動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如可以引起傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)革命的無凸輪軸電磁式電控配氣相位機(jī)構(gòu)和高效節(jié)能的飛輪復(fù)合式起動(dòng)——發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，它們在14V 供電標(biāo)準(zhǔn)下難以實(shí)現(xiàn)。

近年來，據(jù)統(tǒng)計(jì)平均每輛車電子設(shè)備的成本率已增加到30%之多。一些豪華轎車，單片機(jī)已達(dá)到近50 個(gè)，電子產(chǎn)品占汽車成本的50%，電子技術(shù)的應(yīng)用已深入到汽車所有的系統(tǒng)。汽車電子產(chǎn)品可以分為兩類：一類是汽車電子控制裝置，一類是車載電子設(shè)備。所謂的汽車電子裝置，他們包括發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身電子控制裝置。如電子燃油噴射系統(tǒng)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，牽引力控制系統(tǒng)，自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)，電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；另一種是車載電子設(shè)備，汽車電子裝置可以單獨(dú)使用在汽車環(huán)境中，性能直接關(guān)系到車輛本身。他們包括汽車信息系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)），導(dǎo)航系統(tǒng)，汽車影音娛樂系統(tǒng)，車載通信系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

汽車電子技術(shù)的應(yīng)用將使汽車發(fā)生以下主要變化：

（1）汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)還將發(fā)生重大的變化，汽車的各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“線操控”。用導(dǎo)線代替原來的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如“導(dǎo)線制動(dòng)”、“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”、“電子油門”等等。

（2）汽車12V 供電系統(tǒng)向42V 轉(zhuǎn)化。隨著汽車電子裝置越來越多，消耗的電能正在大幅度地增加?，F(xiàn)有的14V 動(dòng)力電源，已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要。今后將采用集成起動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)42V 供電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)最大輸出功率將會(huì)由目前的1 千瓦提高到8 千瓦左右，發(fā)電效率將會(huì)達(dá)到80%以上。42V 汽車電氣系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將會(huì)使汽車電器零部件的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革，機(jī)械式的繼電器、熔絲式保護(hù)電路將被淘汰。

2 42V 電源系統(tǒng)的優(yōu)勢

由功率計(jì)算公式p ＝IU 可知，對于14V 電源系統(tǒng)，為大功率用電設(shè)備和裝置提供足夠的電能，就必須提高蓄電池或發(fā)電機(jī)的輸出電流，而低電壓大電流的輸出勢必會(huì)損害蓄電池，降低蓄電池的壽命；同樣低電壓大電流的輸出還會(huì)降低爪極式發(fā)電機(jī)的效能。因此，提高蓄電池和提高發(fā)電機(jī)電壓是滿足更多電氣電子設(shè)備用電需求的有效途徑。

那為何電壓為42V 而不是60V 或者100V 甚至更高呢？因?yàn)槿梭w的安全電壓是50V，若超過此電壓，需要改善絕緣措施，這樣勢必會(huì)增加成本和重量，因此，選擇42V 電源系統(tǒng)既可以滿足安全用電要求，又可以提供足夠的電能滿足大功率用電設(shè)備的用電需求。

具體講42V 電源系統(tǒng)主要有以下五方面的優(yōu)勢：

(1)工作電壓，安全可靠

歐洲的安全法規(guī)定人體安全電壓為50V。超過系統(tǒng)電壓60V，必須要有一個(gè)專門布線的絕緣措施，這將增加系統(tǒng)的重量和成本。因此，42V 電源電壓的選擇，即能滿足能源需求，還會(huì)像傳統(tǒng)的12V 電源系統(tǒng)，當(dāng)接觸電極或金屬體也不會(huì)構(gòu)成對人類安全的威脅。

(2)減少汽車線束成本

例如一輛現(xiàn)代汽車擁有長達(dá)2 公里的導(dǎo)線、2000 多個(gè)線頭和350 多個(gè)集線器。而采用42V 電源系統(tǒng)可大幅度降低這些線束的重量及成本。從理論上講，傳輸同樣的功率，42V 系統(tǒng)的電流只有14V 系統(tǒng)的1/3，這樣就大大降低了電機(jī)及電力元件的電流負(fù)荷，也使導(dǎo)線及功率元件的傳輸損耗降低為原來的1/9，還可減小導(dǎo)線截面積從而降低重量。

3 42V 電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

由于42V 電源系統(tǒng)涉及到的產(chǎn)品技術(shù)改造范圍廣范，所以反對升級的也很多，特別是零部件供應(yīng)商。因?yàn)楫a(chǎn)品的變化會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以，作為過渡階段的42V/14V 雙電壓運(yùn)行模式系統(tǒng)的方案，正越來越多的被人們所關(guān)注。

在汽車行業(yè)，由于現(xiàn)有的雙電壓系統(tǒng)對汽車零部件制造商的影響小，因此被作為首選的方案。如圖雙電壓系統(tǒng)中所示，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)不同電壓等級的蓄電池（12V 和36V）。

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，如燈光與信號、儀表與報(bào)警、電動(dòng)雨刷等輔助電器采用14V 電源供電；而大功率用電器如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身電子控制等電器則直接采用42V 的電源供電。交流發(fā)電機(jī)經(jīng)整流調(diào)壓后得到的42V 電壓供給高功率負(fù)載并對36V 蓄電池充電，而42V 電壓經(jīng)DC/DC 變換器（直流變換器）之后為l4V 中小功率用電器電氣系統(tǒng)供電并對12V 蓄電池充電。

4 結(jié)論

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

（2）作為過渡階段，對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。

圖 42V ∕14V 雙電壓運(yùn)行模式

[1] 何玉軍.汽車電系升壓為42 伏電源系統(tǒng)有關(guān)知識問答.實(shí)用汽車技術(shù).

[2] 柴煒.楊生輝.初探車載42 伏電源.http://www.cnki.net.

[3] 方友勇.魯武林.汽車電源系統(tǒng)的優(yōu)化.http://www. cnki.net.

[4] 劉曉巖.現(xiàn)代汽車42 V電源系統(tǒng)新技術(shù).汽車新技術(shù)新產(chǎn)品，2009.7.