汽車48V混動系統(tǒng)的發(fā)展駛?cè)肟燔嚨?/p>
48V技術(shù)為汽車制造商和駕駛員提供了諸多優(yōu)勢。它不僅可以減少環(huán)境污染,還能提高發(fā)動機(jī)性能,最重要的是,能夠提高燃油效率。
隨著新技術(shù)的出現(xiàn),汽車中的電力負(fù)荷正呈指數(shù)級增長。遠(yuǎn)程1955年,汽車制造商推出了12V充電系統(tǒng),取代了基于6V技術(shù)的舊系統(tǒng)。從1955年到二十世紀(jì)80年代,雖然一些高效交流發(fā)電機(jī)的輸出功率最高可以達(dá)到0.7kW,但標(biāo)準(zhǔn)交流發(fā)電機(jī)的輸出功率通常低于0.5kW。今天的汽車需要3.5kW的交流發(fā)電機(jī)輸出,是原來最高輸出功率的7倍多。
14V交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生250A的電流,導(dǎo)致最大效率僅為70%。因此,發(fā)動機(jī)必須額外提供5kW的功率。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn),需要較大的導(dǎo)體橫截面來提供更大的電流,從而增加了車輛的成本和重量。而重量的增加降低了燃油效率,也提高了二氧化碳排放量。
48V系統(tǒng)
進(jìn)入48V時代后,48V技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一些在12V系統(tǒng)中不現(xiàn)實(shí)的功能,包括支持微混和輕混動力系統(tǒng)。這些可同時降低二氧化碳排放量和總體油耗的功能包括:
● 功率超過5kW時的高性能能量回收
● 擴(kuò)展的啟停功能,如航行或滑行
● 渦輪增壓器和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等裝置的電氣化
48V系統(tǒng)不只是現(xiàn)有12V架構(gòu)的簡單擴(kuò)展,它使用同時控制12V和48V電壓級別的雙向降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,讓系統(tǒng)能夠處理更高的負(fù)載(圖1)?梢园严聢D視為油電混動汽車的2.5版。
圖1:12V/48V組合式板載電源的架構(gòu)(資料來源:TDK)
在這個2.5版本中,12V電源使用標(biāo)準(zhǔn)鉛基電池,48V電源使用鋰離子電池。發(fā)電機(jī)設(shè)置在48V級別,有助于實(shí)現(xiàn)更高和更高效的輸出級別。新的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)規(guī)定將雙層電容器并聯(lián)以提高儲電能力。
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
如上所述,12V/48V組合系統(tǒng)的核心部件是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,它控制兩個電壓級別之間的雙向能量流(圖2)。大多數(shù)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于2kW到5kW之間的輸出功率。
圖2:12V/48V組合系統(tǒng)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路圖(資料來源:TDK)
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器在普通模式下作為降壓轉(zhuǎn)換器工作,因此在48V系統(tǒng)上產(chǎn)生的功率被正確輸出到12V系統(tǒng)。如果需要的得到48V級別的輸出,將使用升壓模式。通常使用6相或8相的串聯(lián)系統(tǒng)將電壓和紋波電流保持在最小值。
為了使降壓-升壓轉(zhuǎn)換器在惡劣的汽車環(huán)境中正常工作,設(shè)計(jì)師必須使用高質(zhì)量、可靠的開關(guān)晶體管、功率電感和存儲電容。例如,對于轉(zhuǎn)換器中的存儲和平滑扼流圈,如果設(shè)計(jì)中需要功率電感,則應(yīng)使用SMD陶瓷功率電感。除了用于繞組的兩個焊盤外,電源扼流圈還應(yīng)具有第三個焊盤,以增加PCB上組件的機(jī)械穩(wěn)定性。如果不可能使用SMD電感,也可以使用帶PTH終端的電感。所有組件的工作溫度應(yīng)設(shè)計(jì)在-40°C至150°C之間。
抗振電容器
對于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的存儲和平滑扼流圈,除電感外,還有其他關(guān)鍵元件,即穩(wěn)健的鋁電解電容器,這些電容器也應(yīng)在最高150°C的溫度下工作。
這些電容器應(yīng)符合汽車電子產(chǎn)品的嚴(yán)格要求,如TDK的B41689和B41789系列。這些鋁電解電容器的特點(diǎn)是其高達(dá)60g的振動強(qiáng)度和焊接星設(shè)計(jì)。有些電容器兩端都有陰極板觸點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)低ESL值的優(yōu)化安裝。
指定的電容器還應(yīng)具有低等效串聯(lián)電阻(ESR)值,從而提高紋波電流能力并降低損耗。電容器的電容范圍從360µF到4500µF,額定電壓應(yīng)為25V、40V(對于12V系統(tǒng))和63V(對于48V系統(tǒng))。有了這些電壓,它們就能夠用于同時支持兩種電壓水平的新板載電源系統(tǒng)。
電動渦輪增壓器
48V技術(shù)提供更多的優(yōu)點(diǎn),讓電動渦輪增壓器能夠更高效地驅(qū)動發(fā)動機(jī)(圖3)。直到最近,傳統(tǒng)渦輪增壓器都是由發(fā)動機(jī)排出的廢氣驅(qū)動,這意味著隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高,它們的性能會更好。傳統(tǒng)渦輪增壓器的一個缺點(diǎn)是從踩下油門到車子啟動的時間稍有延遲。這種延遲被稱為渦輪延遲。
48V系統(tǒng)通過使用電動充電器消除了這一缺陷,使得渦輪增壓器能夠立即做出響應(yīng),在較低的速度下也能工作,無論在城市道路還是高速公路上,都能提高整體效率。
圖3:電動渦輪增壓器提高了發(fā)動機(jī)效率(資料來源:TDK)
事實(shí)上,將傳統(tǒng)渦輪增壓器與電動渦輪增壓器相結(jié)合,可以進(jìn)一步提高充電壓力,在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時關(guān)閉電動充電器,從而節(jié)省動力并提高整體效率。
48V技術(shù)不僅提高了發(fā)動機(jī)的性能和效率,而且對那些想要降低油耗的駕駛員也很有吸引力。它可以幫助打造真正裝備精良的汽車,在48V下以0mph到60mph或0kmph到96.56kmph的速度行駛。了解了這項(xiàng)技術(shù)提供的所有好處,就不難理解48V電氣系統(tǒng)為何發(fā)展得如此之快。
編輯:wenwei
請輸入評論內(nèi)容...
請輸入評論/評論長度6~500個字
圖片新聞
最新活動更多
推薦專題
- IE工程師(汽車智聯(lián)) 惠州碩貝德無線科技股份有限公司
- 銷售經(jīng)理(汽車新能源行業(yè)) 廣州瑞松智能科技股份有限公司
- 硬件開發(fā)工程師(前裝汽車電子) 深圳奧尼電子股份有限公司
- 項(xiàng)目經(jīng)理(汽車內(nèi)飾&汽車電子) 伯恩光學(xué)(惠州)有限公司
- 銷售總監(jiān)-汽車電子方向 深圳市智立方自動化設(shè)備股份有限公司
- 現(xiàn)場技術(shù)支持工程師(汽車) 易思維(杭州)科技股份有限公司
- 高級軟件工程師 廣東省/深圳市
- 自動化高級工程師 廣東省/深圳市
- 光器件研發(fā)工程師 福建省/福州市
- 銷售總監(jiān)(光器件) 北京市/海淀區(qū)
- 激光器高級銷售經(jīng)理 上海市/虹口區(qū)
- 光器件物理工程師 北京市/海淀區(qū)
- 激光研發(fā)工程師 北京市/昌平區(qū)
- 技術(shù)專家 廣東省/江門市
- 封裝工程師 北京市/海淀區(qū)
- 結(jié)構(gòu)工程師 廣東省/深圳市