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[摘 要]大量的汽车电子控制系统的应用，对汽车电源系统提出了更高的要求，汽车电源标准变革势在必行。本文探讨的42V/14V双电压电源运行模式，能胜任现在及未来汽车电器系统运行需要。
[关键词]汽车电源 双电压系统 可行性
中图分类号：U463.6文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
随着汽车工业的飞速发展，汽车电子系统的广泛应用，汽车电器环境越来越复杂，新电子系统要求运行电压很宽，有很大的瞬态电压和温度变化，同时需要多个供应电压以满足系统的不同要求，对汽车电源供电系统的要求越来越高，老的14V汽车电源供电系统标准已无法胜任现代汽车电器系统的需要了，向42V标准转化已经成了必然趋势。
一、42V供电系统的可行性
1、电压安全、易得
根据欧洲的安全法规定人体的安全电压在50V以内，任何超过60V电压的系统，在导线和连接处都要有特殊的绝缘措施，这将增加系统的重量和成本。因此，选择42V电压，就是希望在满足电能需要的同时，能像传统的12V系统一样，即使触碰到电极或金属车体时也不会对人体安全造成威胁。
42V电压值是目前汽车发电机输出电压14V的3倍，其采用的36V蓄电池有利于使用3节传统的12V铅酸蓄电池串联改装组成。
2、显著降低汽车线束成本
现代汽车拥有长达2km的导线、2000多个线头和350多个集线器，42V电源系统可大幅度降低这些线束的重量及成本。
从理论上讲，传输同样的功率，42V系统的电流只有14V系统的三分之一，这样就降低了电机及电力元件的电流负荷，也使导线及功率元件的传输损耗降低为原来的近九分之一，并可以减小导线截面积以降低重量。
3、为大量使用高新技术提供的能源基础
有了42V电源系统，许多以前看似不切实际或不可能的技术也都变得可行了。在42V电气系统中，线控技术、行驶平顺性控制装置、电子加热式催化器和电磁阀系统、主动悬挂和电动四轮辅助驱动装置都能更有效地使用，为车辆的构改进提供了更大的可能性（表1）。
使用42V电源系统，发动机的一些长期运转的附件如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等可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。对于电动制动系统，由电源直接驱动，可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。
4、可大幅度提高发电机效率
目前汽车使用的硅整流发电机效率在60%以下。硅整流发电机输出电流大，电枢绕组的电流密度达10A/ram，很多能量被励磁绕组、电枢绕组和整流元件消耗掉了。
42V電源系统可在整个发动机转速范围内提供较高的电流输出，电机效率可达到80%以上。功率达到8kw以上。西门子VDO产品输出10～15kW，效率可达85%。
5、有利于发展混和动力车
采用42V电源后，若设有启动发电集成装置（ISA），则可实现以下功能：
①在汽车起步时，增强了启动加速性能，在很短时间内（通常为0.1～0.2s）将内燃机加速到超过怠速转速，然后内燃机开始点火，实现发动机无怠速工况。
②汽车较长时间处于停车状态，如遇红灯时，控制系统会自动切断内燃机供油，内燃机停止运行。
③汽车正常行驶时，ISA为发电机工况，向电池充电；
④汽车加速或爬坡时，ISA工作在电动机工况，为发动机提供辅助推进动力，使发动机工作在高效区，提高效率，降低燃油消耗，已经具备一定的研究基础。
二、采用双电压供电系统的汽车用电环境
在新的电气系统中，有两种用电情况：一种传统的如灯具、仪表、电动雨刷等中小功率用电器可采用14V电源供电；另一种新型的电子控制系统如发动机控制单元、加热、电动悬架等大功率用电器则可直接采用42V的电源供电。交流发电机经整流调压后得到42V电压供给高功率负载并对36V蓄电池充电，而42V电压经DC/DC变换器之后为l4V电气系统供电。
三、42V/14V双电压运行模式
由于42V电源系统涉及到的产品技术改造的范围太广，因此反对电压升级的声音也不少，尤其是配件供应商，因为产品改造必将增大他们的成本因此，作为过渡阶段的42V/14V双电压系统的方案，正被越来越多的人所关注。
双电压系统对现有汽车零部件商的冲击较小，因此汽车业倾向于这种方案。如图3所示的双电压系统，需要有一个DC/DC转换器将42V电压转换成l4V电压，因而需要2个蓄电池（12V和36V）。
而只有当大量的部件都适应42V车用电源的时候，才能大批量生产纯42V的车用电源。
双电压系统将汽车电器与电控装置根据耗电量的大小分为两组，传统的中小功率用电器为一组，如灯具、仪表、电动雨刷等采用14V电源供电；而大功率用电器如发动机控制单元、加热、电动悬架等电器则直接采用42V的电源供电。交流发电机经整流调压后得到42V电压供给高功率负载并对36V蓄电池充电，而42V电压经DC/DC变换器之后为l4V电气系统供电。
四、结论
1、目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势，就像上世纪50年代将6V电源升级至现行的12V电源一样势不可挡。
2、作为过渡阶段，对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个研发热点。早在20世纪90年代，德国便成立车载电源论坛，成员有大众、奥迪、宝马、欧宝和保时捷等汽车公司。该机构提出了14V/42V双电压供电系统的规范草案。另外，福特公司与麻省理工学院电发起组织了MIT/7.业联盟，成员包括通用、戴姆勒一奔驰、宝马、雷诺、西门子、博世、摩托罗拉、德尔福等知名汽车商、零部件商及电子电讯商。该组织主要研究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。美国汽车工程学会（SAE）也专门成立了双/高电压车辆电子系统委员会。
3、42V汽车供电系统标准的实施，将对汽车电器与电子设备带来巨大的冲击，同时也会给整个汽车界带来新一轮的技术革命。目前，42V电气系统结构已经得到了国际汽车工业界的认可，并已在一些车辆上被采用，如沃尔沃公司的$80和福特公司的混合动力车Explorer。
[关键词]汽车电源 双电压系统 可行性
中图分类号：U463.6文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00
随着汽车工业的飞速发展，汽车电子系统的广泛应用，汽车电器环境越来越复杂，新电子系统要求运行电压很宽，有很大的瞬态电压和温度变化，同时需要多个供应电压以满足系统的不同要求，对汽车电源供电系统的要求越来越高，老的14V汽车电源供电系统标准已无法胜任现代汽车电器系统的需要了，向42V标准转化已经成了必然趋势。
一、42V供电系统的可行性
1、电压安全、易得
根据欧洲的安全法规定人体的安全电压在50V以内，任何超过60V电压的系统，在导线和连接处都要有特殊的绝缘措施，这将增加系统的重量和成本。因此，选择42V电压，就是希望在满足电能需要的同时，能像传统的12V系统一样，即使触碰到电极或金属车体时也不会对人体安全造成威胁。
42V电压值是目前汽车发电机输出电压14V的3倍，其采用的36V蓄电池有利于使用3节传统的12V铅酸蓄电池串联改装组成。
2、显著降低汽车线束成本
现代汽车拥有长达2km的导线、2000多个线头和350多个集线器，42V电源系统可大幅度降低这些线束的重量及成本。
从理论上讲，传输同样的功率，42V系统的电流只有14V系统的三分之一，这样就降低了电机及电力元件的电流负荷，也使导线及功率元件的传输损耗降低为原来的近九分之一，并可以减小导线截面积以降低重量。
3、为大量使用高新技术提供的能源基础
有了42V电源系统，许多以前看似不切实际或不可能的技术也都变得可行了。在42V电气系统中，线控技术、行驶平顺性控制装置、电子加热式催化器和电磁阀系统、主动悬挂和电动四轮辅助驱动装置都能更有效地使用，为车辆的构改进提供了更大的可能性（表1）。
使用42V电源系统，发动机的一些长期运转的附件如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等可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。对于电动制动系统，由电源直接驱动，可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。
4、可大幅度提高发电机效率
目前汽车使用的硅整流发电机效率在60%以下。硅整流发电机输出电流大，电枢绕组的电流密度达10A/ram，很多能量被励磁绕组、电枢绕组和整流元件消耗掉了。
42V電源系统可在整个发动机转速范围内提供较高的电流输出，电机效率可达到80%以上。功率达到8kw以上。西门子VDO产品输出10～15kW，效率可达85%。
5、有利于发展混和动力车
采用42V电源后，若设有启动发电集成装置（ISA），则可实现以下功能：
①在汽车起步时，增强了启动加速性能，在很短时间内（通常为0.1～0.2s）将内燃机加速到超过怠速转速，然后内燃机开始点火，实现发动机无怠速工况。
②汽车较长时间处于停车状态，如遇红灯时，控制系统会自动切断内燃机供油，内燃机停止运行。
③汽车正常行驶时，ISA为发电机工况，向电池充电；
④汽车加速或爬坡时，ISA工作在电动机工况，为发动机提供辅助推进动力，使发动机工作在高效区，提高效率，降低燃油消耗，已经具备一定的研究基础。
二、采用双电压供电系统的汽车用电环境
在新的电气系统中，有两种用电情况：一种传统的如灯具、仪表、电动雨刷等中小功率用电器可采用14V电源供电；另一种新型的电子控制系统如发动机控制单元、加热、电动悬架等大功率用电器则可直接采用42V的电源供电。交流发电机经整流调压后得到42V电压供给高功率负载并对36V蓄电池充电，而42V电压经DC/DC变换器之后为l4V电气系统供电。
三、42V/14V双电压运行模式
由于42V电源系统涉及到的产品技术改造的范围太广，因此反对电压升级的声音也不少，尤其是配件供应商，因为产品改造必将增大他们的成本因此，作为过渡阶段的42V/14V双电压系统的方案，正被越来越多的人所关注。
双电压系统对现有汽车零部件商的冲击较小，因此汽车业倾向于这种方案。如图3所示的双电压系统，需要有一个DC/DC转换器将42V电压转换成l4V电压，因而需要2个蓄电池（12V和36V）。
而只有当大量的部件都适应42V车用电源的时候，才能大批量生产纯42V的车用电源。
双电压系统将汽车电器与电控装置根据耗电量的大小分为两组，传统的中小功率用电器为一组，如灯具、仪表、电动雨刷等采用14V电源供电；而大功率用电器如发动机控制单元、加热、电动悬架等电器则直接采用42V的电源供电。交流发电机经整流调压后得到42V电压供给高功率负载并对36V蓄电池充电，而42V电压经DC/DC变换器之后为l4V电气系统供电。
四、结论
1、目前汽车电源系统由14V电源向42V电源发展已经是必然的趋势，就像上世纪50年代将6V电源升级至现行的12V电源一样势不可挡。
2、作为过渡阶段，对42V/14V双电压系统的研究将会是汽车界最近时期的一个研发热点。早在20世纪90年代，德国便成立车载电源论坛，成员有大众、奥迪、宝马、欧宝和保时捷等汽车公司。该机构提出了14V/42V双电压供电系统的规范草案。另外，福特公司与麻省理工学院电发起组织了MIT/7.业联盟，成员包括通用、戴姆勒一奔驰、宝马、雷诺、西门子、博世、摩托罗拉、德尔福等知名汽车商、零部件商及电子电讯商。该组织主要研究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。美国汽车工程学会（SAE）也专门成立了双/高电压车辆电子系统委员会。
3、42V汽车供电系统标准的实施，将对汽车电器与电子设备带来巨大的冲击，同时也会给整个汽车界带来新一轮的技术革命。目前，42V电气系统结构已经得到了国际汽车工业界的认可，并已在一些车辆上被采用，如沃尔沃公司的$80和福特公司的混合动力车Explorer。