42V汽车电源系统简介

的几十倍乃至数百倍,采用42V电源,可以实现在低速时
(例如20Km/h以下)由电源直接驱动电动机作为汽车的动
力源,在交通管制路口等待信号时可以方便地切断电源,
完全避免了怠速的工况.关键的技术是要开发能完成这些
功能的电机以及相关的部件,使之既能起动发动机又能取
代发动机作为动力源,在发动机工作时还可以带动发电机
欧洲的汽车公司将率先使用，奔驰公司和BMW计划在 2003年把42V电源的汽车推向市场,日本和美国的公司也 将紧随其后,汽车电器系统的巨大变革已经不可逆转.
采用42V电源的最重要的意义还在于使产品设计人员 从过去的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.例如采用42V电源以后,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,例如,发动 机的冷却系统可以独立出来由电动机直接带动.又例如, 发动机的设计师们正在构想由电动机直接和计算机结合 控制发动机进排气门的开启和闭合,可以省去正时机构和 凸轮轴,这样,既简化了结构又提高了燃油经济性和改善 了排放.
制订教 师
赵超越
ห้องสมุดไป่ตู้
教学内容及步
骤
教
1、 复习引入 学
2、 新课讲授 后 3、 课上小结 记 4、 布置作业
授课内容
授课
方法
§5-8 42V汽车电源系统简 启发 介
现在的14(12)V汽车电源已经有近50年的历史了。在
这以前汽车广泛采用6V的电源,由于汽车发动机的压缩比 讲解
的不断提高,起动机的功率也随之增加,6V电源已经不能
这些技术措施可以在不增加成本的基础上，使汽车 的能源利用率提高10%以上。
发动机的压缩比的不断提高,起动机的功率也随之增
问
加,12V电源已经不能满足需要,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,12V电源的功率在3KW左右,已经不能满足需要,
为了提供所需的电能，约60个汽车制造商和零部件
供应商合力开发了42伏电源系统。目标是既节省能量，
配问题等等；但是，做为一种方向，汽车电气电压升级 将会在未来几年付诸实施。
起动机、发电机将要实际应用的第一种技术是综合 的起动机-发电机。博世公司开发的这种新型起动机-发 电机是42V的电力系统，被安装在曲轴上，可起到起动 机、发电机和飞轮的作用。该系统具有高的电功率，在 发动机低速运转时也能保证发动机的附件正常工作，并 且能够满足如将要使用的电动气门机构等大功率装置对 电力的需要。宝马汽车公司正在开发一种采用电动气门 机构的“无凸轮轴”发动机。这种电动气门机构前程远 大，但是在2005年以前还不能达到实际应用的水平。在 这种无凸轮轴发动机开发中的一个新设想是去除起动 机，利用编制的程序，使各缸顺序点火，从而旋转并起 动发动机。此外，42V的电动水泵、电动机油泵和电 加热的催化转换器也有可能与电动气门机构一起进入市 场。美国德尔福(Delphi）汽车系统公司宣布，该公司正 在开发输出功率为5千瓦级的“Energen5”和输出功率为 10瓦级的“Energen10”两种电气系统，以便用于采用 42V电气系统的汽车。
Energen10则可以提供电力以便在一段时间内完全 靠电动机来驱动车轮，或者驱动今后将增添各种各样车 载设备的车辆。该系统的开发主要着眼于次混合驱动 （Mild Hybrid）车，适合用于高档轿车。
除这上述2种系统外，该公司还在开发输出功率为20 千瓦级的Energen20”系统。该系统使用比42V更高的电 压，比如150V或者200V、300V等。该系统是用于完全靠 电动机来行驶的纯混合驱动汽车。Energen5和nergen10
与麻省理工学院也发起组织的MIT/工业联盟，成员包括
通用、戴姆勒、奔驰、宝马、雷诺、沃尔沃、西门子、 博世、摩托罗拉、德尔菲等知名汽车商、零部件商及电 子电讯商。该组织主要是研究14V/42V双电压供电系统对 汽车电器与电子设备的影响及实现方法。为推动这一工 作发展，美国汽车工程学会（SAE）还专门成立了双/高 电压车辆电子系统委员会。从参与这一计划研究的广泛 性来看，这一新的电气系统结构已经得到了国际汽车工 业界的认可。
42伏系统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，可以直接由新 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，这些部件也可以从发动机中分离出来，减少 发动机的部件数量，改善设计，提高发动机的效率。对 于电动制动系统，由电源直接驱动，可以省去液压或气 压系统，带来更好的驾驶舒适性和更好的燃油经济性。
满足需要,所以从50年代开始逐步被12V电源所取代,当时 展示
汽车的电器附件较少,12V电源完全能满足需要,汽车制造 相关 商因此忽视了对汽车电源系统长期发展计划的制定,使这 资料
一系统一直袭用了50年,这对汽车技术的发展有一定的负
面影响,尤其是制约了汽车电器的发展.
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现在这种情况已经到了必须改革的时候了,由于汽车 工作 页提
北京市公交技工学校 专业理论课教案（首页）
授课章 节名称
§5-8
审批签字
42V汽车电源 系统简介
授课班 零四级十二班 授课时 2
级
数
授课时 5.18（3～4） 间
授课方 讲授 法
教具 课件、多媒体、实物等
教学目的 了解2V汽车电源系统的特点与用 和要求 途。
教学重点 2V汽车电源系
工作页
与难点
统的特点 作业
同时实现种种新的电动功能。42电源的功率将是前者的
一倍,对汽车电器提供了较大的发展空间。早在20世纪90
年代，德国成立了车载电源论坛（Forumbordnrtz），参
加这一机构的成员有大众、奥迪、宝马、欧宝和保时
捷，该机构主要从事用42V电源供电规范的标准化研究，
提出了14V/42V双电压供电系统的规范草案。另外，福特
对电源充电. 进入21世纪，汽车电压升级的问题就进入了实质性的
议事日程，试验性应用已经开始。 在新的电气系统中，有两种实施方案，一种是全车42V
单电压方案，另一种是14V/42V双电压方案。前者会对目 前汽车零配件制造行业产生重大冲击，后者则冲击较 小，过渡平缓。因此汽车工业界倾向于双电压方案。
14V/42V双电压方案的内容是：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。新的供电系统与传 统供电系统有完全的兼容性，这是该系统的基本特点。
14V/42V双电压变换过程如下：交流电发动机输出 42V高电压，借助一个DC/DC变换器（直流变换器），由 42V变换14V。在这个系统中，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，除降压外，还 在整个电气系统电能分配管理起到重要作用。
当然，双电路供电系统也有它的缺点，例如需要两个 14V及42V蓄电池组，因而增加了车辆附加承载，占用更 大的空间及增加造价。而且尚待解决的问题不少，例如 DC/DC变换器产生的电磁干扰；高电压瞬态现象及抑制控 制方法；双电压电器系统在车辆运行时的功率流向及分
只需将现有汽车的部分零件更换后便可使用，而 Energen20则要重新设计汽车的底盘和传动系统等。 公司总部位于德国利普斯塔特市的海拉胡克双合公司研 发出了 DC/DC 42V/14V 转换器 。它可以连续不断的在 14V 和未来的 42V/14V 线控系统中进行转换。 似乎人人都在谈论德国大众的“3升车”，路波（Lupo) 轿车100公里耗油仅为2.99升。事实上，3升耗油量这个 数字，不仅是在最佳的路面情况中录得的，而且还是在 所有电气设备都没有开着的情况下录得的。电气设备也 都需要能量。驾驶舒适性和安全性的提高，将导致对电 能的更大需求。专家估计，每百公里需要附加1.5升燃油 消耗。
42V电源的采用为发展混合动力汽车创造了条件,必 将大大推动混合动力汽车的动力总成及其部件的发展.尤 其是对适合城市应用的混合动力汽车的开发具有决定性 的影响,在城市交通拥挤的工况下,怠速和超低速运行,大 约占汽车总行驶时间的20-30%,不但浪费了大量的能源, 而且在这种工况下工作时,汽车排放的有害物是正常工况
42V电源的采用也为发展混合动力汽车创造了条件。 采用42V电源系统，可以实现在低速时（如20km/h以下） 由电源直接驱动电动机作为汽车的动力源，完全避免怠 速工况。用于城市公交车辆上，将大大降低城市的环境 污染。
42V电源系统还可以为其他需要大电流的设备供 电，如为尾气后处理装置的加热器、柴油机微粒捕积器 加热器，以及车辆其他舒适性设备的供电等。
Energen5系统由起动机和发电机为一体的总成 ISG（Integrated Starter Generator）和逆变器组成。 使用对象主要是排气量为1～2升的小型轿车，该系统的 目标是提高燃烧效率。发动机启动时，可将ISG的输出作 为辅助动力传送至发动机；减速时，利用发动机过剩的 旋转力量推动ISG来发电，并将电能储存在蓄电池中。采 用这种系统能使发动机迅速起动，这样能减少尾气排 放。而且，还能把以前汽车减速时浪费掉的能量储存到 蓄电池里进行再利用。