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用于电动汽车架构的48伏起动发电机

助工
2018-08-22 15:13:17    评分

看一下动力总成的电气化,本文探讨了为什么48伏架构有意义,然后看看48伏起动发电机的一些不同安装选项。

2017年汽车行业的整个领域都出现了显着增长 - 从汽车原始设备制造商到小型零部件制造商。一个越来越受欢迎的话题是(现在仍然是)车辆电气化; 特别是48伏架构。事实上,考虑到丰富的结果,在任何搜索引擎中产生的'48-volt'(或'48V')一词都表明这种车辆系统的工程解决方案仍然存在。

在本文中,我将介绍新电压水平背后的原因并深入研究其主要应用之一:48伏启动发电机。 

 

为什么48伏?

一个明显的初步问题是:“为什么48伏?”。这是一个重要的问题,记住在20世纪90年代后期,提出了一个42伏电力标准来取代12伏标准。虽然它没有获得动力,但它的目的是解决我们今天面临的一些相同问题,包括更强大的电动配件和更轻的线束。但是,选择48伏作为标称值有两个主要原因:安全性和效率。   

增加电压时的一个主要问题是它可能对人类造成的潜在安全隐患。虽然有些人继续争论48伏架构是否足够安全,但这个电压水平提供了所需的额外功率,而不会漂移到“高压”域。

图1显示了48伏电池的不同电压操作水平。在电池电压被认为太危险之前,60伏特(DC)的极限是安全最高值 - 如ZVEI的电动汽车电压等级文件 (PDF)中所述。在“正常运行”范围内实现最佳性能,但车辆内的电子部件应能够承受最坏情况的高压条件。

 

安全电压余量

图1.安全电压裕量

 

正如我之前所说,目前的12伏系统无法应对传统车辆内不断增长的电力需求。然而,42伏的建议完全取代了12伏电气架构,而48伏电压架构则完全取代了它。48伏电池只是为新应用添加了额外的电源,这也有助于实现更平稳的驾驶体验。此外,由于48伏电池的较高电压,布线和元件的尺寸和成本显着降低。 


仔细研究48伏启动发电机选项

与汽车交流发电机具有相似的外观(图2),但尺寸略大,48伏起动发电机的初始拓扑位置位于发动机皮带上。皮带驱动的起动发电机(BSG),也被称为P0结构(图3ICfans)是具有成本效益的解决方案,它可以提供高达在CO降低15%2

看一些  升压回收系统  (PDF),升压模式下机械输出的最大额定功率约为10kW,恢复期间的电输出功率为12kW-均为48伏。虽然这些数字的评级时间很短,但BSG的连续功率可达到5kW,最高效率可达85%。 

 

汽车发电机

图2.汽车交流发电机

 

P0起动发电机拓扑

图3. P0起动发电机拓扑

 

然而,随着严格的排放法规,汽车一级供应商开发了不同的起动发电机拓扑结构,以进一步减少48伏轻度混合动力汽车的二氧化碳排放量。按升序排列,这些配置可提供更好的减排效果,但变得越来越复杂和昂贵。

 

48伏轻度混合启动发电机拓扑结构

图4. 48伏轻度混合启动发电机拓扑结构

 

曲轴安装启动发电机(P1)

顾名思义,该解决方案将起动发电机直接安装在曲轴上(将活塞的线性运动转换为旋转运动)。由于没有皮带传动,这提供了比P0架构更高的扭矩,并且没有皮带损失,因此效率更高。

所需的最大功率为10 kW,但效率高达94%。然而,该解决方案的一个显着限制是由于曲轴和起动发电机之间没有扭矩/速比,扭矩需求可能是苛刻的。这种拓扑结构的一个例子是2010款梅赛德斯 - 奔驰S400 BlueHybrid。

 

轴装机(P2 / P3)

P0和P1结构都安装在发动机上,但还有其他安装选项,例如在变速箱的输入/输出轴(分别为P2 / P3)上安装48伏电机。通过提供机械断开,这转化为改善的能量流动效率并且允许提供混合功能(例如,电子驱动)。

P2架构既可以集成到输入轴上的变速箱中,也可以安装在侧面上,从而提高能量回收和电气驱动能力。将解决方案安装在输出轴(P3)上,可提供最高水平的上述优势。安装在轴上的电机的明显缺点是集成成本。

 

后桥式电机(P4)

此时的最终结构涉及安装在后桥驱动装置(P4)上。这为车辆提供了四轮驱动能力,前部有内燃机,后部有电机。P2-P4架构的最大功率要求可达21kW,效率为95%。将起动发电机移近后轴也为车辆提供了更多的混合动力功能。新的48伏机能够减少CO 2  达21%的排放量在市区行驶环境取决于其结构。

更重要的是,这种高功率应用需要很大一部分电子设备来驱动它。当然,功率MOSFET在这些电子模块中起着关键作用,但它们需要能够承受最坏情况,例如过电流和热泄漏。




关键词: 电动汽车     发电机     半导体     ICfans    

专家
2018-08-22 22:59:16    评分
2楼

对汽车行业不熟悉,学习了解一下,谢谢分享。


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