开启甜蜜的混合动力家用节电器

开启甜蜜的混合动力

开启甜蜜的混合动力 2011年12月04日 来源： 在汽车电子电路设计中，300V、500V，甚至650V的高电压能够提供更高的燃油效率，更高的可靠性，也给用户使用上带来了新的好处。狂怒的雷暴破坏了你家中的电源，并且你有20磅的牛奶、鸡蛋和肉放在冰箱里。这时你该怎么办？如果你的汽车上有110V的交流电源，那么你可以取出食物，放在插在汽车上的便携式冰箱中，这样食物就能多保存几天。随着越来越多的混合动力车辆进入市场后，尤其是在高电压的电路设计架构中，这些设想将很快变成现实。电力驱动装置支持300，400，500甚至600V的电压，这种新型的混合动力车辆与目前的传统车辆相比，能够提供更多的辅助电力，并为大量诱人的新特征敞开大门。有些车辆上带有足够多的电力，以至于它们允许卡车司机开着空调睡觉而不用使他们的发动机空转。它们将作为SUV的电动助力转向系统的开启者。他们允许承包工人使用一些动力工具以及户外人员使用电暖器。它们还允许汽车制造商添加预热催化剂作为新的诱人的特征，这样可以大大减少汽车启动时排放的废气。它们甚至还可以作为未来技术发展的基础，例如驾驶系统的发展和线控制动技术的发展。Delphi Corp公司先进传动和电力电子的首席工程师A. J. Lasley说，“当你的汽车上是高电压的电路架构时，它将会给你带来很多种可能。这就是混合动力系统给市场带来了各种好处的其中一种。”在过去的很多年里，我们一直设想能将各种设计整合在一起。这是因为我们要想方设法去满足客户的需求，即使客户自己还都没有意识到它们。实际上，Ford的Escape Hybrid已经装上了330V的电力驱动装置，这使得它大大领先几年前提出的42V电力驱动车辆，并远远超越了目前传统的12V车辆。同样的，Toyota的Prius制造出了500V电力驱动装置，即将制造的Lexus 混合动力SUV承诺650V的电力驱动装置。这些高压驱动装置获得汽车工程师们青睐的原因只有一个：动力。Escape的330V电力驱动装置使得Ford的工程师们可以赋予他们2.5kW的辅助电力系统，比目前传统车辆的可利用的电力超出60%。而这可能仅仅只是对将要到来的一个小小的体验。一些工程师们正在讨论在几年内实现8，10甚至20kW的辅助电力系统。Ford Motor公司混合动力系统的经理Tom Watson说，“在未来车辆中，它上面的电力系统将能够允许使用功率从8到10千瓦的附件。”他还说，“我们假如要把设计组装起来，还需要几年的时间，因为我们希望有足够的电力使每一个消费者都满意，没有人再提出自己的意见。”超越42V虽然不是所有的汽车工程师都认为这种趋势将产生很多新的吸引消费者特征，但是额外的电力将提供很需要的发展空间是确定的。目前传统车辆都提供的功率将近1.5kW，工程师们抱怨这个限制无法让他们增加一些特征，例如电热椅、电动助力转向系统、电空调以及预热催化剂。以下说明为什么在1999年时有许多汽车制造商支持42V电力驱动装置。那时，随着耗能附件的产生以及线控驾驶技术像海市蜃楼一样浮现，功率分配成为主要关注的问题，因此很多工程师都认为42V电力驱动即将来临。然而，最终大部分的努力都还是失败了。

高电压设计正在为汽车制造商打开增加车载附属系统的大门。而这些附属系统对能源的渴求可以用饥饿形容，比如电控驾驶。

汽车工程师们说42V电力驱动失败的主要原因是费用问题。将所有车辆改装成42V的花费很高，因此工程师们选择使用了一种过渡的解决办法，即使用智能控制器和高效率的交流发电机，这种方法用较少的花费解决了这种进退两难的局面。Watson认为，“这是一个很自然的工程现象。”他说，“没有什么比新技术产生的威胁更能激励人们在旧技术上的创新。”然而，对于混合动力驱动，这是一个不同的故事。混合动力驱动在面临对燃油经济性以及排放废气关注逐渐增加的情况下，是很必要的。因此，汽车制造工程师们从一开始研究新的混合动力驱动系统时，就集中精力发展能够完全使用电力的车辆。在很多情况下，这种新型的混合动力驱动车辆都使用大马力传动马达以及成熟的可再生的刹车系统，还有复杂的控制器、配电板、电流换向器和冷却系统。北美的Siemens VDO Automotive的企业技术总监Mike Gauthier说，“我们所看到的趋势是汽车制造商倾向使用大型的电机。”结果，混合动力系统的制造商大量生产了配有高电压电力驱动装置的汽车。Ford的Escape以及它更新的产品Mariner已经安装了330V电力驱动装置。此外，其他几家汽车制造公司正在研究从500V到650V范围的车辆电力驱动装置。在九月的法兰克福汽车展，Siemens VDO揭开了混合驱动模块式概念的面纱，“预期75kW电力输出的完全混合驱动”到2008年能够完成。

汽车制造商希望未来的电力驱动装置能够很简单的纳入预热催化剂，预热催化剂可以显著的减少汽车排放的废气。（照片由SiemensVDO Automotive提供）

发展新特征的空间对于这种系统的实用性，汽车制造商和经销商说他们现在可以开始考虑那些耗能的、以前无法在车辆上使用的特征。其中主要的就是电子助力转向系统。许多汽车制造商想在目前的车辆上安装电子转向，但是他们发现在大型车辆上安装是不可能的，尤其是SUV，因为现在SUV上的转向装置已经濒临超出1.5kW的功率分配了。估计高电压系统的危险性混合电力驱动电压对于进行紧急救援的工人危险吗？这种可能性是存在的，但是汽车制造商和经销商们说气囊传感器可以消除这种情况发生的可能性，从而在从重大事故中救出乘客时救援人员不需要担心这方面的问题。北美Siemens VDO的企业技术总监Mike Gauthier说，“现在，如果一辆车发生了车祸，那么整辆车都会‘知道’这件事。”“你只需要将断电开关放在适当的位置上，这样一旦发生车祸，气囊展开，汽车就会自动切断它的电压线路。”Gauthier补充说，低压线路可以在发生碰撞时选择性的保留，从而使通讯系统进行自动的紧急呼叫，并且保证车门锁能够打开。援救人员仍然会留心所有的混合动力车的制造商提供的指南，这些指南中指出了电池、kill switches以及断路器的位置。并且，他们大多会将混合动力车带到消防站做技术指南。Delphi公司的先进制造发展和运营策略总监Robert Schumacher说，“如今电子助力转向技术的缺点之一就是把它用在大型车辆或卡车上比较有难度。”他还说，“在更多的情况下，它会使电力系统在峰值时间时发生过载。”然而，对于未来超过10kW的功率分配，混合动力车的设计师们就不用担心电子转向系统在功率分配上的影响。在这种情况下，专家们说，一个带有高电压的汽车可以同时使用转向电机以及刹车灯、电热椅、尾部除霜器和电动窗电机，而不用担心过载的问题（看下页的补充文章）。作为对比，目前先进车辆的控制器分配任务时会避免同时运行这些功能。汽车工程师说更大的功率分配能够允许其他新的特征，包括：预热催化剂可以在点火后很短的时间内减少汽车排放的废气；工具和小型电器可以插在随车携带的交流辅助电源上；可变阀动系统可以提高发动机的性能；以及电空调系统，现在汽车上都正在普及这些装置。高电压电力驱动也有助于那些跑长途运输的卡车，尤其是在那些司机的休息时段里。这是因为，卡车司机在路边停车打盹时开暖气或空调时，从此就再也不用为了供能将发动机发动并空转了。Schumacher说，“空转的效率是非常低的，而且会产生很多污染物。”他还说，“如果他们装备有足够电力的混合动力驱动，他们就能够在不排放污染物和不浪费汽油的情况下开空调或暖气了。”汽车工程师们还说高电压动力驱动为汽车制造商们提供一个提高可靠性的机会。Ford工程师们说他们通过使用直流/直流的换流器将330V降至13.2V，从而提高了灯光系统中线路和灯泡的可靠性。Watson说，“你的头灯和你的汽车里的其他灯泡都处于非常稳定的电压下。而不会因为电压在峰值时有烧坏灯泡的趋势，而电压在最小时又无法使灯泡发光。”此外，很多工程师认为高电压电力驱动是完全电气化和无皮带引擎的基础，也就是在这种情况下，所有水、燃料、油的泵，转向装置以及空调压缩机都是电的。这样能够省去传统的采用一根驱动带驱动全部辅助机械的蛇形带。Schumacher说，“如果你上了一辆大功率的、完全电气化系统的大巴，你只会在你需要的时候才用电。”他接着说，“只有当你使用压缩机时，才会用到空调电源。只有当你改变轮子的方向时，才会用到方向盘电源。”

TRW 的液压防滑助力控制。这个控制器带有一个主气缸，为动力混合提供再生制动——这个控制器可以在12V电压的电路架构中下得以操纵。

二者权衡然而，汽车工程师们有很大的压力，这种对于底层构造的完全转变是一个漫长的过程，而且起初的时候这些新特征的花费都将很大。Bosch Automotive公司先进技术和产品市场副总裁Bob Rivard说，“当然，混合动力驱动上的牵引马达以及更高的电压赋予你负担外围功能的力量。”“但是在短期内，对于应用（那股力量）的态度将不会是海阔天空的。你仍将面临花费问题以及在现有系统上进行优化的压力。” 没有理由说你不能设计一个12V 的混合动力系统。实际上，有些公司，例如TRW Automotive，正在大量生产传统的12V却带有新特征的汽车。这家公司的液压电子助力方向盘、防滑控制助力和主动液压刹车系统都是针对12V电结构的汽车。所有关于混合助力的转向系统和再生制动系统的设计都是在脑海中的，因而，至少在现在，提出高电压的电力驱动不是必需的。北美TRW Automotive公司底盘生产计划总监Phil Cunningham说，“没有理由让你不能拥有一个12V的混合动力系统。”然而，一些工程师在思考过线控驾驶系统对高电压电力驱动的主要促进作用之后指出，线控驾驶系统不再获得它曾经有过的工业支持。

福特在Escape的设计中整合出了一个110V电源接口允许用户使用交流的电子设备

Bosch公司的Rivard说，“更高的电压对线控转向和线控制动是可用的，但大部分工厂仍在讨论交替使用那些技术的成本效益。”“现在还没有想到最理想的解决办法。”尽管如此，亚洲的汽车制造商和美国的Ford公司从长远来看，支持包括高电压电力驱动和完全电气化的附件，这些附件包括所有燃料、水以及油的泵，还有空调系统和转向系统。工程师们说，通过使用这种方案，他们可以提高灯泡、开关和线路的可靠性，也可以提供更加稳定的电流和没有明显波动的电压。此外，许多制造商说将高电压电力驱动应用在混合动力的大型车辆和卡车上具有重要的意义，而这样做将需要有更大功率的传动马达。Ford公司的Watson说，“低电平的混合驱动车辆可以比传统车辆提供更高的效率，但是他们无法提供你所需要的百分之百动力混合时的输出功率。”“因此，你需要更高的电压——至少200V。已知所有电器系统的电压值，你从高电压中得到这些电压，那么你为什么不直接研究‘中间位置’的电压呢？”(end)

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