42V汽車供電系統設計方案

　　由于42V電源系統涉及到的產品技術改造的范圍太廣，因此反對電壓升級的聲音也不少，尤其是配件供應商，因為產品改造必將增大他們的成本因此，作為過渡階段的42V/14V雙電壓系統的方案，正被越來越多的人所關注。

　　雙電壓系統對現有汽車零部件商的沖擊較小，因此汽車業傾向于這種方案。如圖3所示的雙電壓系統，需要有一個DC/DC轉換器將42V電壓轉換成l4V電壓，因而需要2個蓄電池（12V和36V）。而只有當大量的部件都適應42V車用電源的時候，才能大批量生產純42V的車用電源。

　　雙電壓系統將汽車電器與電控裝置根據耗電量的大小分為兩組，傳統的中小功率用電器為一組，如燈具、儀表、電動雨刷等采用14V電源供電；而大功率用電器如發動機控制單元、加熱、電動懸架等電器則直接采用42V的電源供電。交流發電機經整流調壓后得到42V電壓供給高功率負載并對36V蓄電池充電，而42V電壓經DC/DC變換器之后為14V電氣系統供電。

　　3 稀土永磁發電機的設計

　　12V提升到42V供電系統的轉變給汽車電器元件也帶來了較大變革，如新型葺電池、啟動機、發電機等。42V汽車電源系統主要有42V發電機、36V蓄電池和DC/DC直流交換器組成。36V蓄電池可由三節12V蓄電池串連而成，DC/DC直流交換器也已有許多機構進行開發。

　　當前主要有3種發電機可供選擇：

　　1）永磁發電機。

　　永磁電機具有很高的能量轉化效率和可靠性。

　　2）有刷硅整流發電機。

　　目前汽車使用的大部分是有刷硅整流發電機，但是該機帶有碳刷滑環裝置，碳刷容易磨損，壽命短，故障率高。

　　3）無刷硅整流發電機。

　　無刷硅整流發電機維護簡便，可靠性高，但該機增加了磁場氣隙，漏磁大，材料利用率低，成本高。

　　目前稀土永磁材料已經具備了較高的性價比，現代電力電子技術也為研制出斬波式的電子穩壓器奠定了基礎。因此，利用稀土永磁材料和現代電力電子元件研制出結構簡單、發電效率高、壽命長的42V稀土永磁發電機具有較高的研究價值和廣闊的推廣前景。

　　設計的釹鐵硼永磁發電裝置結構示意圖如圖4所示，還研制了三相半控橋整流穩壓電路（圖5）。該電路由三相半控橋整流電路、電壓信號取樣電路和觸發電路組成。當發電機輸出電壓低于目標穩壓值時，電子穩壓器為三相整流輸出。當發電機輸出電壓高于目標穩壓值時，電壓信號取樣電路自動使三相半控橋整流電路瞬時斷開，降低輸出電醫當發電機輸出電壓再低于目標穩壓值時，三相半控橋整流電路再恢復工作，周而復始。通過整流、斬波，保證了發電機輸出電壓穩定的直流電。

　　4 性能試驗

　　42v永磁發電機采用12極有極靴星形轉子式三相永磁同步發電機，發電機額定電壓，42V；額定功率，3000W；額定轉速，4000r/mln。磁性材料選用釹鐵硼NTP30H，剩磁感應強度Br=1.12T，磁場強度Hc=790kA/m，最大磁能積，224～256kJ/m。在負載功率分別為2800，3000和3200W的條件下，對新研制的三相半控橋式整流穩壓釹鐵硼永磁發電機從低速到高速進行性能試驗，試驗結果如表2所示。

　　從表2中看出，當發電機轉速由2000r/min變化到4800r/min時，負載功率由2800W變化到3200W時，輸出電壓穩定在37.17—42.63V之間，該性能指標達到了設計要求。

　　5 結論

　　1）目前汽車電源系統由14V電源向42V電源發展已經是必然的趨勢，就像上世紀50年代將6V電源升級至現行的12V電源一樣勢不可擋。

　　2）作為過渡階段，對42V/14V雙電壓系統的研究將會是汽車界最近時期的一個研發熱點。

　　3）42V汽車供電系統標準的實施，將對汽車電器與電子設備帶來巨大的沖擊，同時也會給整個汽車界帶來新一輪的技術革命。