48伏特起动发电机

在关于动力传动系统电气化的第三篇博客中，我们首先尝试了解为什么使用48伏特系统，然后介绍48伏特起动发电机的不同安装选项。

48伏特起动发电机

2017年，整个汽车行业都实现了显著增长–从汽车OEM到小型器件制造商。 汽车电气化成为备受瞩目的热门话题，特别是48伏特架构。 事实上，在任何搜索引擎中搜索“48伏特”这个术语，您都会搜索到大量结果，这表明面向汽车系统的这个工程解决方案已在市场上占据了一席之地。

在前一篇博客“48伏特轻度混合动力系统的出现”中，我简要介绍了新型48伏特汽车架构及其与现有12伏特系统的差别。 在这篇博客中，我们的话题将触及确定新电压水平背后的原因，并深入探讨它的主要应用之一——48伏特起动发电机。

为什么是48伏特？

显而易见的首要问题是：“为什么偏偏是48伏特？ ”。 这是一个非常重要的问题，要记住，在上世纪90年代，人们提出了42伏特电功率标准来取代12伏特标准。 虽然这个标准没有得到发展，但其意图是解决我们当今面临的一些相同问题，例如更大功率的电驱动配件及更轻的线束。 选择48伏特作为标准有两个主要原因 –安全性和效率。

在提高电压时，涉及的一个主要问题是它可能危及人身安全。 虽然有人仍在争论48伏特是否足够安全，但这个电压水平提供了我们需要的更高功率而没有进入“高电压”范围。 图1显示了48伏特电池在不同电压水平下的工作情况。 正如ZVEI的文档“电动出行的电压等级”所述，60伏特（直流）是安全上限最大值，高于它的电池电压都被视为过于危险。 在“正常工作”范围内，电池能够达到最佳性能，但汽车内部的电子器件应该能够耐受最坏情况的高电压条件。

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中不断增长的电力需求。然而，42伏的提议完全取代了12伏的电气架构，而48伏则对其进行了补充。48 伏电池只是为新应用增加了一个额外的电源，这也有助于提供更流畅的驾驶体验。此外，由于 48 伏电池的电压较高，布线和组件的尺寸和成本显着降低。

详细了解 48 伏起动发电机选件

2 伏起动发电机的外观与汽车交流发电机相似（图 48a），但尺寸略大，其初始拓扑位置位于发动机皮带上。皮带驱动起动发电机 （BSG），也称为 P0 架构（图 2b），是一种经济高效的解决方案，可减少高达 15% 的 CO2.看看一些升压能量回收系统（如博世的），升压模式下机械输出的最大额定功率约为 10 kW，回收模式下的最大额定功率约为 12 kW——均为 48 伏。虽然这些数字的额定时间很短，但BSG的连续功率可以达到5 kW，最大效率为85%。

图 2a 和 2b：汽车交流发电机和 P0 起动发电机拓扑

然而，随着排放法规的收紧，汽车一级供应商已经开发了不同的起动发电机拓扑结构，以进一步减少一氧化碳。248伏轻度混合动力汽车的占地面积。按升序排列，这些配置提供了更好的减排效果，但变得越来越复杂和昂贵。

图 3：48 伏轻度混合动力起动发电机拓扑

曲轴安装式起动发电机 （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，效率更高。所需的最大功率为 10 kW，但效率高达 94%。然而，该解决方案的一个重大限制是，由于曲轴和起动发电机之间没有扭矩/速度比，扭矩要求可能很高。这种拓扑的一个例子是2010年梅赛德斯 - 奔驰S400 BlueHybrid。

轴装机（P2/P3）

P0 和 P1 架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/输出轴上安装 48 伏电机（分别为 P2/P3）。通过提供机械断开，这转化为提高能量流效率，并允许提供混合功能（例如电驱动）。

P2架构以太集成到输入轴上的变速器中或安装在侧面，从而提高能量回收和电力驱动能力。将解决方案安装在输出轴 （P3） 上，可提供上述最高水平的优势。轴挂式电机的明显缺点是集成成本高。

后桥安装电机（P4）

此时的终极架构涉及安装在后轴驱动 （P4） 上。这为车辆提供了四轮驱动能力，前部是内燃机，后部是电机。P4-P2架构的最大功率要求可以达到4 kW，效率为21%。将起动发电机移近后桥也为车辆提供了更多的混合动力功能。新的 95 伏机器能够减少一氧化碳2城市驾驶环境中排放量高达 21%取决于其架构。

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的情况，如电流过大和漏热。

审核编辑：郭婷