合二為一的起動-發(fā)電機

www.bomingjun.com 來源：互聯網作者：jiaer.qx 類別：汽車構造維修時間：2008-06-11

耗能設備數量的增多和新技術的應用--電動助力轉向一直到電控機械配氣機構--要求在整個轉速范圍內發(fā)電機功率達到4-10kW，這一要求遠使得傳統(tǒng)發(fā)電機組越來越力不從心了，12V的車用電源根本無法傳輸這么大的功率。但是，如果使用42V的車用電源則完全可以滿足電功率日益增加的需求。作為總體的解決辦法，新世紀新推出的全新動力裝置--起動-發(fā)電機(如圖1)，即將裝到發(fā)動機艙蓋下面。這種新型的起動-發(fā)電機組合了交流異步電動機、交流發(fā)電機和場控調節(jié)系統(tǒng)，估計2002年將批量上市。

    必備的條件

    為使發(fā)電機功率達到4-10kW，最好是將起動機和發(fā)電機共同組合成一個全新的系統(tǒng)。但是出于經濟方面的考慮，如果只是用現在已有的技術組合起來的起動-發(fā)電機去換取相對較小的1.5kW功率發(fā)電機，顯然有些不值得了。一個有希望將來獲得成效的驅動方案首先必須滿足下列要求：

    --起動過程中蓄電池電流小而輸出扭矩大；

    --在發(fā)動機整個轉速范圍內發(fā)出的電機功率較大，而且效率較高；

    --結構體積盡可能小且符合汽車現有的結構。

    能夠進行能量轉換的既有異步電機、同步電機和磁阻電機，也有軸流式電機。考慮到對全系統(tǒng)有各式各樣的影響量，異步電機采用鼠籠式轉子和場控調節(jié)系統(tǒng)已經被證明是最佳方案。

    高效率的起動-發(fā)電機

    由位于雷根斯堡的西門子汽車技術開發(fā)部研制的這臺靜候批量生產的起動-發(fā)電機，其發(fā)電機峰值功率已經達到了8kW，在整個轉速范圍內效率大于80%。相比之下，傳統(tǒng)的發(fā)電機功率只有1.5kW，最大效率為70%，而在最高轉速時效率降低到不足30%。

    西門子的工程技術人員用這種起動-發(fā)電機取代了起動機、發(fā)電機和飛輪。值得注意的還有，這一技術將一系列有益的應用結合起來，比如自動起-停裝置或脈沖起動裝置。這種協同作用必然會使電能得以更好的利用，從而降低了油耗和有害物的排放。但是，新開發(fā)的這種裝置用12V車用電源是行不通的，因為還要重新考慮傳輸的功率、耗能設備各部件的技術可行性和允許的接觸電壓總和為42V，該值遠大于折中值。

    由于尺寸極為緊湊，這臺起動-發(fā)電機被直接裝到了發(fā)動機和變速器之間的曲軸上。這種新技術使原有外部的電子式動力控制系統(tǒng)成了多余。由于即使在低轉速時也有很高的電功率，所以也就沒有必要暫時關閉諸如座椅和后玻璃暖風等的舒適性耗電器了。它的另一個優(yōu)點是：電力傳輸采用無刷方式；因此這種起動-發(fā)電機工作起來無磨損，依靠扭矩控制系統(tǒng)可以使扭矩理論值進行適當的分配。在該扭矩控制系統(tǒng)內還可以添加蓄電池控制系統(tǒng)，因為在加速和減速階段恰恰是標準的充電狀態(tài)，如果再加上回熱式制動，那么要包容進整個系統(tǒng)內的還有制動控制系統(tǒng)。為使扭矩協調一致，起動-發(fā)電機通過控制器局域網總線(CAN-Bus)將扭矩控制系統(tǒng)連到一起，起動-發(fā)電機就可通過CAN-Bus接收理論扭矩并通過CAN-Bus送回計算好的實際扭矩。

    輔助功能

    西門子研制的這臺起動-發(fā)電機具有的主要輔助功能是提供了更加舒適的自動起動-停機裝置，由于采用無刷結構所以也就不會受到磨損，可以使其功能永遠不會發(fā)生改變。該系統(tǒng)在零負荷時--如在十字路口遇到紅燈時--將動關掉發(fā)動機，重新踩動油門踏板在小于300ms內即可自動起動直至恢復到原有的怠速轉數。如果尚嫌不夠，利用被稱之為脈沖起動的技術可以使發(fā)動機提前達到所需的點火轉數(例如怠速轉數)，然后再進入燃燒過程。這樣做不但節(jié)省了燃油而且減小了尾氣排放。

    像全能運動員一樣，起動-發(fā)電機在其他項目上也頗有競爭力。在起動或從低轉數加速時，處于助推工況的發(fā)電機被暫時當作“第二發(fā)動機” 來工作，根據起動-發(fā)電機的配置，短時間內其輔助功率可以高達15kW。

    在減速功能上，起動-發(fā)電機同樣扮演強者的角色，在這里利用發(fā)動機制動將動能轉換成了電能而且能夠被儲存起來。

    利用起動-發(fā)電機構成的旋轉式減震器明顯改善了行駛狀況和行駛舒適性，因為沒有主動減震便有可能在負荷稍有變化或突然加速時驅動系內的低頻震動激勵造成整車顫抖。

    在雷根斯堡與起動-發(fā)電機同時進行批量化開發(fā)工作的還有42V車用電源。只有在有了新電源這個先決條件之后，才能給未來汽車提供足夠的能量，以滿足功率更大、功能更加強大的用電需求。譬如電控機械式配氣機構和電控的空調機一樣，將會從中獲得3kW的電功率。除了這些之外，還有最重要的一條：其電纜橫截面比12V時成倍地減小、成本更低且裝車重量進一步得到減輕。

    建立在場控調節(jié)式異步電機和與之相關聯的42V電源基礎之上的起動-發(fā)電機明年將會完全符合各項技術要求。這里介紹的這一系統(tǒng)要比目前所用的單一被撤換的起動裝置和發(fā)電機大得多，因為它不但要支持發(fā)動機而且還要支持電源工作。伴隨著新技術的前進步伐，汽車界決定在未來5年內采用它們。在5年過渡期內，車上的設備可以采用兩種電壓供電，42V電源可以使新設備用起來更安全更舒適或者是更快。