傳統(tǒng)車載電源系統(tǒng)發(fā)展存在的問(wèn)題

    引言 

    隨著人們生活水平的提高，汽車成了家庭出行的普遍工具，這也使得汽車工業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。從而，人們對(duì)汽車的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等性能追求也日益增高。促使車載電器和電子裝置迅速增加，例如采用電磁或電動(dòng)執(zhí)行器取代液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)執(zhí)行器已成為一種趨勢(shì)，這使車載電源提供的電功率越來(lái)越大，更新車載電源系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。車載電源系統(tǒng)主要由蓄電池、發(fā)電機(jī)及電壓調(diào)節(jié)器等組成，蓄電池和發(fā)電機(jī)并聯(lián)于汽車電路之中，發(fā)電機(jī)是主要電源，蓄電池是輔助電源。要提高車載電源的電功率，自然就要從蓄電池和發(fā)電機(jī)兩方面著手。為此，本文就車載電源系統(tǒng)做出以下探索。 

    1 傳統(tǒng)車載電源系統(tǒng)的存在問(wèn)題 

    目前豪華轎車用電一般1～3KW功率，而到2010年高級(jí)轎車的使用功率將達(dá)到10KW以上，如仍采用12V低壓電源供電系統(tǒng)，會(huì)使電源承受巨大的壓力。為保證車載電器正常工作，必然要增加線束的截面積，這必使汽車成本增加和不利于設(shè)備優(yōu)化。為此世界各國(guó)正在研究42V或48V電源系統(tǒng)，從理論上講，電壓提高3倍，電流會(huì)減小65％，同時(shí)線束截面積也大為減少。但電壓升級(jí)又帶來(lái)新的問(wèn)題，就是要研制新型蓄電池和發(fā)電機(jī)，并且汽車上相應(yīng)的電器設(shè)備和電子裝置也應(yīng)升級(jí)，這顯然對(duì)于目前的車載電源系統(tǒng)和電器設(shè)備產(chǎn)生極大沖擊，尤其以我國(guó)國(guó)情短期是很難推廣實(shí)施的。 

    蓄電池的更新升級(jí)涉及許多問(wèn)題，譬如體積、可靠性、成本等多種難題，本文不作累述。車載發(fā)電機(jī)包括勵(lì)磁發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)，而傳統(tǒng)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)一般采用硅整流交流發(fā)電機(jī)，也不可能靠加大發(fā)電機(jī)的體積來(lái)增加功率。目前的硅整流交流發(fā)電機(jī)是由蓄電池或自激提供的勵(lì)磁電流給勵(lì)磁線圈而進(jìn)行發(fā)電的，但其效率不高（每產(chǎn)生1W電能需要消耗2W發(fā)動(dòng)機(jī)功率），且怠速時(shí)輸出特征只是滿負(fù)荷時(shí)輸出的1/4、低速發(fā)電性不好、可靠性差、工藝復(fù)雜、壽命短、故障率高等缺點(diǎn)。 

    2 目前車載發(fā)電機(jī)的發(fā)展概況 

    2.1 傳統(tǒng)車載勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的改進(jìn)概況 

    1）改有電刷的勵(lì)磁電路為無(wú)電刷電路，減少了電刷和電刷環(huán)，避免炭刷的與電刷環(huán)的摩擦和接觸不良。目前交流發(fā)電機(jī)上應(yīng)用較廣泛，它提高工作效率，但增加了磁場(chǎng)氣隙、漏磁大，材料利用率低、成本高； 

    2）改傳統(tǒng)的六管整流電路為九管、八管和十一管整流電路，提高輸出功率； 

    3）雙“Y ”繞組二整流橋串并聯(lián)轉(zhuǎn)換可以提高輸出功率； 

    4）改傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器為晶體管或集成電路調(diào)節(jié)器； 

    但這些措施并沒有解決效率低，低速發(fā)電性不好、可靠性差、工藝復(fù)雜、壽命短、故障率高等缺點(diǎn)。 

    2.2 目前車載永磁發(fā)電機(jī)的發(fā)展概況 

    近年來(lái)，隨著永磁材料的發(fā)展，車用永磁發(fā)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比功率高、低速特性好等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。因此，具有高效率、高性價(jià)比和高穩(wěn)定性的永磁發(fā)電機(jī)將具有較高的理論研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用推廣前景。所以車用永磁發(fā)電機(jī)，以其先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，決定了該產(chǎn)品的生命力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必將取代硅整流發(fā)電機(jī)，提高了汽車電器系統(tǒng)的整體水平，促進(jìn)我國(guó)汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。但目前關(guān)鍵解決問(wèn)題是： 

    1）車用永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓的的控制：車用發(fā)電機(jī)由于使用中的轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化范圍都很大，而且還與蓄電池并聯(lián)工作，因此，對(duì)其輸出端電壓的穩(wěn)定性有很高的要求。永磁發(fā)電機(jī)的整流恒壓是面向主電路的控制，必然面臨直接控制大電流的問(wèn)題，這對(duì)電子元器件提出了更高的要求。所以永磁發(fā)電機(jī)對(duì)電壓的控制是關(guān)鍵問(wèn)題，也是目前研制永磁發(fā)電機(jī)的重點(diǎn)問(wèn)題。永磁發(fā)電機(jī)雖然不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)極為困難，這使永磁發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。

    永磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)方法很多，目前典型的電壓調(diào)節(jié)方法主要有：（1）并聯(lián)式、串連式電子調(diào)節(jié)器；（2）控硅橋式半控整流穩(wěn)壓方案；（3）調(diào)節(jié)電樞繞組；（4）調(diào)節(jié)有效磁場(chǎng)；（5）混合勵(lì)磁。 

    目前我國(guó)研究永磁發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)電路普遍是采用單相或三相半控橋式整流穩(wěn)壓電路，也有采用PWM控制式整流穩(wěn)壓電路，還有機(jī)械調(diào)節(jié)式的整流穩(wěn)壓電路。相比來(lái)說(shuō)采用的單片機(jī)控制的三相全控橋式整流穩(wěn)壓電路，成本更低，可以同時(shí)控制兩種或以上電壓而且效果更好，具有較好的實(shí)用價(jià)值。