啟停系統太費電，有哪些供電好方法？

隨著北美汽車市場對啟停系統的接受程度日益增加，各家廠商開始考慮借助鋰離子電池、超級電容、48V“輕混”系統等一系列技術，應對相當車輛頻繁啟停，通常每天多達超過20次的工況。簡單來說，啟停系統的工作原理是通過減少發動機空轉，達到降低車輛燃料消耗和排放的目的。

即使是最不可撼動的鉛酸電池也開始進化了。如今，過去幾十年來最常用的傳統電池正逐漸被支持深度循環(deep-cycling)功能的增強型富液式蓄電池(Enhanced Flooded Battery，下簡稱EFB)和吸附式玻璃纖維隔板(Absorbent Glass Mat，下簡稱AGM)電池所取代。雖然電子元件的快速普及也是一個因素，但造成這一趨勢的關鍵原因還是在于啟停系統的崛起，而啟停系統會對電池的快充功能和使用壽命提出更高要求。

“一般而言，較大的12V AGM電池的使用壽命是傳統電池的4倍，這對汽車啟停系統目前的推廣非常重要。”通用汽車(GM)啟停系統全球總監Kathi Walker表示，“鋰離子電池的應用可在近期成為現實。”

雖然鋰離子電池可能終有一日會成大氣候，但目前由于其過于高昂的價格，并不適合用作車輛啟動、照明和打火供電的主要電源。不過，鋰離子電池仍然可以在動力系統之外發揮作用。

“如果要綜合考量性能與成本，鉛酸蓄電池和高級鉛酸電池仍是世界上最適合內燃機汽車的電源技術，而且這一情況在未來10年內不會改變。”全球最大的鉛酸蓄電池供應商江森自控(Johnson Controls)動力解決方案部高級市場技術戰略師Craig Rigby表示，“這就是說，我們可以通過新增鋰離子電池等技術，提高鉛酸電池的燃料經濟性，以支持制動動能回收等更多的車內電動功能。”

△江森自控正在不斷提高AGM電池的產量，以滿足北美市場對啟停系統的需求

目前，啟停系統正是驅動汽車電池領域轉型的主要推力。美國阿崗國家實驗室曾在2015年發布了一份研究報告，分析啟停系統對車輛啟動系統元件壽命的影響，其中也包括電池。研究顯示，傳統富液式鉛酸啟動器電池的使用壽命與很多因素有關，其中受車輛啟動次數的影響最小。事實上，真正影響電池使用壽命的因素，是發動機頻繁啟停時不能充分為蓄電池充電，以及發動機在停止狀態下的過度放電。由于放電深度的影響，每次發動機熄火時，車內輔助設備的耗電對電池使用壽命的影響最大，也最直接。如果電池可以在發動機兩次啟動之間充分充電，上述的耗電對電池的影響幾乎可以忽略不計，甚至可以認為根本就不會產生影響。

與此形成對比的是，阿崗國家實驗室的研究結果顯示，無論發動機的啟動次數如何，如果車輛的電池一直無法達到滿充狀態，電池就會更快發生故障。研究同時發現，由于交流發電機的功率輸出較低，發動機怠速時并不能為電池進行有效充電，而駕駛過程中的充電效果最佳。

對于電氣系統設計師而言，為頻繁重新啟動的發動機提供電力僅是需要面對的挑戰之一。為了讓消費者接受帶有啟停系統的車型，保證車內音響和照明功能處于恒定狀態非常重要，這就需要12V電池所扮演的“緩沖”角色。

“在啟動時，車輛的電系會經歷一次電壓驟降，從而導致車內照明變暗等狀況。”Walker表示，“為了保證車內照明等功能的穩定性，車輛可以采用多種技術，保護車內元件不受電壓驟降的影響，從而在車輛啟動過程中保證消費者的滿意度。這些技術包括雙電池設計、DC/DC轉換器和超級電容等。”

目前，市面上已經出現了多款采用雙電池系統的車型，這種設計可以支持車內大量的耗電功能與應用。由于如今的車輛不僅采用了很多復雜的節能技術，而且還應用了多種多樣的安全功能，這種雙電池的設計也將日益普遍。

舉例而言，2016款2.5L雪佛蘭邁銳寶的啟停系統正是采用了雙電池設計：一塊12V電池位于發動機蓋之下，另一塊則安裝在車尾。系統(為了加快啟動速度而搭配了一個串聯螺線圈啟動器)經過特別校準，當車輛內燃機停止工作時，第二塊電池可以接收信號立刻接管車內的輔助系統供電負載，比如照明、空調、音響、車窗和門鎖的功能。此外，即使發動機停止工作，車輛的空調此時仍然可以正常運行，只不過會轉換為低功率模式。

△基礎款2.5L邁銳寶啟停系統的示意圖，其中1代表12V AGM主電池;2代表雙電池隔離模塊;3代表為了保證車輛配重平衡而安裝在車尾的12V AGM輔助電池。

“雙電池系統可以在多個方面體現自己的價值，未來這種設計將越來越普遍，”Rigby表示，“兩塊電池可以在車輛的啟停過程中提供更穩定的電壓，還能為高級安全系統提供高級別的可靠性冗余。此外，這種雙電池、雙化學系統的設計也是性能和成本之間的最佳平衡，可以為汽車生產商和消費者提供最大的價值。”

通常來說，車輛的第二塊電池多為48V系統。系統的電壓更高，驅動停車攝像頭和整合式傳感器等功能就越容易。雖然48V系統優勢多多，但專家稱汽車行業未來可能仍會沿用12V系統。不過，起亞(Kia)公司曾在2016年芝加哥車展上發布了2017款Niro混動多功能車，這款CUV并未搭配12V鉛酸電池，而是直接通過48V鋰電池組為車輛頭燈、擋風窗雨刷等功能供電，而這些功能通常是由傳統的12V鉛酸電池支持的。

“更高的電壓可以降低系統的峰值電流。”德州儀器(Texas Instruments)商業發展經理Stefano Zanella表示，“電池對其在特定安培小時內釋放的容量和負載電流非常敏感，充分利用電池的這一特點，可以有效延長電池使用壽命、減少電纜尺寸，從而降低成本，并減輕重量。”

Zanella解釋說，48V系統必須搭配DC/DC轉換器或第二塊12V電池工作，這是由于目前的汽車采用了大量成本非常低的12V元件，汽車生產商一時很難將這些元件全部替換為48V元件。