42V电源系统对我国汽车行业的影响及对策

1、中图分类号：U463.63 文献标识码：B 文章编号：1004-0226(2007)08-0000-0342V电源系统对我国汽车行业的影响及对策摘要：随着汽车电器装置的广泛应用，传统的14（12）V电源已经不能满足需要，42V电源系统应运而生。针对我国汽车工业如何适应电源技术的发展的问题，介绍了14V/42V双电压和42V单电压二中方案及应用情况，并对汽车工业各相关部门提出了发展和应用42V电源系统的意见关键词：汽车电源14V/42V双电压方案42V单电压方案发展意见大量的高新技术在汽车上的广泛采用使得汽车上的电器装置愈来愈多，如电动转向、电制动、主动悬架、空调系统、导航系统和自娱系统等。12

2、V电源的功率在3 kW左右，已经不能满足需要，42V电源的功率对汽车电器提供了较大的发展空间。在当今这个竞争已趋白热化的社会里，国际汽车集团纷纷利用尖端电子技术来吸引更多消费者的目光，这必然会导致发电机负荷的增加。由于车上自动控制所必需的微型电机数目不断增加，导致汽车消耗的电能越来越大。为了解决这个矛盾，提出了将汽车电压升至42V的方案。这是从发电机输出电压14 V的3倍数考虑的，因为从理论上讲，电压提高3倍，电流会减少65，可以更合理地运用在汽车电气系统上。但是，电压改动将带动整个汽车电气系统的技术改造。例如现在的蓄电池都是12 V，实施升压后则要相应研制生产42V的新型蓄电池。此外，汽车上

3、的发电机、起动机、雨刮电机、微型电机、灯泡、仪表、继电器等器件都需改进。为解决这些问题，在新的电源系统中，有两种解决方案，一种是14V/42V双电压方案，另一种是42V单电压方案。后者会对目前汽车零配件制造行业产生重大冲击，前者则冲击较小。1 14V/42V双电压方案14V/42V双电压方案中汽车电源有12V和42V两个蓄电池，发电机为42V。42V供电系统与14V供电系统完全兼容。交流电发动机输出42V高电压，通过DC/DC变换器将供电系统分隔为两个具有不同电压等级的供电系统。该方案根据耗电大小将用电设备分为两组，中小功率为一组，如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、

4、中央控锁系统、点火控制装置等）用14V电压供电。较大功率电器装置（平均功率在4001 000 W范围内）则采用42V电压供电，这些装置包含三元催化转换加热器、挡风玻璃加热器、电气悬架、电磁阀驱动电器等。除降压外，DC/DC变换器还对整个电气系统电能分配管理起到重要作用。双电压供电系统的缺点是同时需要14V及42V蓄电池组，增加了车辆附加承载，占用了更大空间并增加了造价。且DC/DC变换器易产生的电磁干扰、双电压电器系统在车辆运行时的功率流向及分配问题都较难解决。目前，通用公司已经开始试制装备42V电源的样车，由于有的零部件厂家还没有42V的电器件，该项目将使用双电压方案，一个由麻省理工学院 (

5、MIT)牵头的科研小组负责制定执行标准。这种样车将同时装有工作电压为42V及14V的电器部件。由于车载两块蓄电池，整车重量将增加，成本也会升高。预计它将在两年后问世。另外，宝马公司的BMW Z22概念车上已经使用了双电压供电技术。2 42V单电压方案汽车电源分别是汽车蓄电池和发电机。高能蓄电池是42V电源的一个组成部分，德尔福公司专门开发了新型锂聚合物高能蓄电池。另外，高压发电机已实际应用的例子是综合起动发电机（Crankshaft Starter Generator）的产生。博世公司已经开发的新型综合起动发电机安装在曲轴上，同时起到起动机、发电机和飞轮的作用。该系统具有高的电功率（额定电压为

6、42V的发电机功率可达到14KW），能够满足将要使用的电动气门机构等大功率装置对电力的需要。对于用电设备，由于排放、安全法规日趋严格，传统的机械调节和控制方法不能解决的难题如空燃比、最佳点火时间、制动防滑的最佳控制等，都必须依赖于先进的电子控制技术，因此大量的电子控制装置需要适应新的42V供电系统，如电子控制喷油装量、电子点火装置、电控自动变速器、防抱死制动装置等。 电子控制装置结构如图1所示。电子控制器（ECU）的工作电压为5V，只需将42V的供电电压转换为5V，并为之配备一个后备电源，用来防止数据丢失即可。所以新的42V电源系统主要影响的是执行机构，包括目前使用的微型电动机、电磁阀，和正在

7、研制的电控可变阀定时系统(发动机控制用)等。在42V新型电源系统下，必须对电子控制装置执行机构进行改进设计，使其额定电压为42V，而功率消耗降到lW以下。此外，还需采用数字式通断控制和超载保护装置。传感器电子控制器（ECU）执行机构（微电机、电磁阀）图电子控制装置组成与现今的12V电源系统相比， 42V电源系统因为电压高，在汽车维修时正极容易搭铁产生火花从而造成危险，所以绝缘和保险设置的标准也要相应重新制定。汽车线束将采用数据总线结构，就是在一条数据线上传递的信息可以被多个系统共享。通过不同的编码信号来表示不同的开关动作，信号解码后，根据指令接通或断开对应的负载（前灯、刮水器、座椅调节等等）。

8、这样就将过去一对一的专线制改为一线多用制，减少了车上电线的数目，缩小线束的直径。 但是单电压供电系统存在一定的缺点：在42V电压环境下，更换保险丝或电池时会出现强度较大的电弧，容易损坏接触件并造成继电器提前磨损。高压同时也会带来安全问题，电源正极线端头搭铁就会产生电火花，电压越高越严重，因此安全保险设置较难解决。在42V单电压供电方案中，汽车上几乎全部的用电部件都要改进，这涉及到配件供应商、配套商的协调工作。目前，在一些豪华车型上，欧洲已经开始应用42V电源系统。由于车上有大约80100个电动机，汽车电源必须能够满足这些电动机的功率要求。3 42V标准电源系统对我国汽车行业的影响及对策分析对整

9、车厂而言，采用42V系统有利于整车质量的提高，使一些需要大电流的设备的供电成为可能。如汽车电动转向、电动制动的实现，将大大提高汽车的驾驶性能和燃油效率；电控电磁阀气门的应用将增大充气效率，实现气门正时控制和内部排气再循环，增大了燃油效率，大幅度降低排放；车辆其它舒适性设备的供电，将有利于提高车辆的性能。对配件厂而言，尤其是电器厂家，42V电源的应用将是一个重大的挑战。根据我国汽车电子技术的发展缓慢的现状，可以先在一些技术含量相对较低和有一定优势的项目上攻关，如微电机、传感器等。微电机在汽车已广泛使用，有电动天线、自动后视镜调节、电动座椅等。与国外相比，我国车用微电机的差距约为1015年。微电机

10、质量、可靠性比较差，故障率比较高。汽车整体水平的不断发展决定车上用电设备越来越多，除传统应用外，执行机构的微电机也有较大的应用潜力（见表）。表汽车工业（含农用车）对微电机的需求预测 万只生产用量年份汽车农用车合计20008159601 77520051 5429882 530社会维修（保有量×20）20001 5479802 52720052 2761 4943 770总需求量20004 30220056 300我国是磁性材料大国，生产电机产品，特别是微特电机，具有资源广泛、技术成熟的优势。使用42V电源以后，电机的体积小，功率大，节约材料，加强42V微特电机的开发生产，除满足国内需求外，还可出口，微特电机前景广阔。42V电源的应用将会涉及标准法规的更改及修订。可以借鉴ISO及SAE的42V电源标准制定符合我国国情的42V标准，修订与42V电源系统有关的汽车各类零部件标准、法规，制定集成起动发电机标准。42V电源系统的应用，使得一些大电流设备的应用成为可能，例如集成起动发电机、电动转向、电动制动等等。这对检测