一種智能型雙電壓混合系統在商用車上的應用

李曉蓮，劉步杰，張愛磊

（南京依維柯汽車有限公司產品工程部，江蘇 南京 211806）

內燃機時代，被廣泛應用的電壓系統有兩種：12 V和24 V。一般來講，汽油發動機的車輛（轎車、輕型商用車等）采用12 V電壓系統，柴油發動機的重型商用車采用24 V電壓系統。隨著汽車技術的迅猛發展，尾氣排放和環保要求的逐步提高，發動機電控系統（ECU）應用越來越普遍，已然成為車輛標配零部件。但ECU開發周期長、標定及各項開發費用昂貴，部分汽車生產廠商面臨著空前的壓力，各種應對方案應運而生：如果將目前較為成熟普遍的12 V電控系統應用到24 V電源系統的車輛上，可以大大節省開發時間和資金投入，為搶占市場、提升產品競爭力提供強有力的保障。基于以上背景，本文以依維柯NJ2046國Ⅴ車型為例，介紹雙電壓混合系統在該車型上的應用。

1 雙電壓供電系統簡介

依維柯NJ2046國Ⅴ車型，搭載sofim柴油發動機，除電控系統外，整車電源為24 V。為節省開發時間，節約開發費用，經過各種可行性分析后，決定將博世成熟產品EDC17C53系統移植至NJ2046車型上，這種類似嫁接的方案對整車電器架構的合理性設計提出了更高的要求。

為維持整車與發動機電噴系統的正常運行，確保整車用電能夠平衡，依維柯NJ2046車型采用24 V/12 V雙電壓混合的電器架構，運用合理的智能管理電源系統，使雙電壓供電系統兼容并同步。雙電壓供電系統結構框圖如圖1所示。

從圖1可以看出，該系統的方案內容為：常規電器負載沿用由蓄電池、發電機并聯，提供24 V電源，發動機電控系統（ECU）采用由蓄電池—電源管理部件—電源轉換器（DC/DC）串聯線路提供的12 V電源，儀表處理的輸入輸出信號根據使用區域的不同，分別給予分配24 V、12 V電源。雙電壓混合系統電源部分線路原理如圖2所示。

圖1 雙電壓（12 V/24 V）供電系統結構框圖

2 雙電壓供電系統關鍵技術

該雙電壓供電系統中，有2個關鍵部件：電源轉換器（DC/DC）和電源管理部件。為保證發動機電噴系統在運行期間電源的高可靠性，對電源轉換器（DC/DC）提出了電壓跟隨和模組并聯結構的冗余設計要求；專用電源管理部件為電源轉換器（DC/DC）提供電源的同時，保證了發動機起停時刻的信息交換和儲存的完整性。這2個部件的應用，構成了由蓄電池—專用電源管理部件—電源轉換器（DC/DC）的供電架構。

2.1 跟隨型模組并聯式電源轉換器（DC/DC ）

跟隨型模組并聯式電源轉換器（DC/DC）不僅能夠將整車24 V電源轉換成12 V電源，而且有如下技術優勢。

圖2 雙電壓混合系統電源部分線路 原理

1）輸出電壓跟隨整車24 V系統電源波動（圖3），不僅能夠維持發動機電噴系統的正常運行，且能將整車蓄電池電源的使用信息傳遞給發動機電控系統，以便發動機電控系統對其進行實時監測；一旦電壓低于某個值，車輛控制邏輯可以自動提升發動機怠速或關掉部分輔助負載，保證系統用電平衡和減少欠電壓對蓄電池的損害，解決了非隨動型產品對蓄電池主電源無法監控的缺陷。

圖3 DC/DC輸出電壓與整車電壓關系

2）采用多個獨立的變壓模塊并聯組合和單模塊自動檢測功能，即便單個模塊出現故障，系統將其保護性關閉時，其他模塊仍然能夠正常工作，確保為發動機電噴系統提供穩定電壓。采用這種冗余性硬件設計，保證了發動機控制系統電源供給的可靠性以及行車過程中的安全性。

3）采用合理的軟硬件設計，DC/DC的電磁兼容能力達到國軍標部件要求。

跟隨型模組并聯式電源轉換器（DC/DC）外形如圖4所示，其內部結構框圖如圖5所示。

圖4 跟隨型模組并聯式電源轉換器外形

圖5 跟隨型模組并聯式電源轉換器內部結構框圖

2.2 智能電源管理部件

智能電源管理部件是為混合雙電源系統專門設計開發的部件，在整車電氣原理上位于蓄電池和電源轉換器之間，采用單片機技術，檢測點火開關狀態和整車負載電流信息，通過控制邏輯判斷，起到延遲斷開ECU電源的作用，其主要技術特點如下。

1）當整車鑰匙打到ON擋時，該部件為電源轉換器提供24 V輸入電源，以保證發動機電控系統持續可靠的工作。當整車鑰匙打到OFF擋時，該部件仍能支持系統延時工作到設定的時間，避免ECU因整車電源斷電時出現發動機信息丟失或混亂現象，保證停機時刻ECU仍能與整車信息完整、準確地互換。

2）根據負載電流檢測，保證ECU信息保持完成后，及時切斷電源，實現整車斷電，實現了整車用電平衡，又最大程度地降低了漏電流。

3）采用繼電器形式的外形，便于在整車電器盒中安裝，保證插接可靠性和檢調維修性。電源管理部件的外形及內部結構框圖如圖6所示。

圖6 智能電源管理部件外形及內部結構框圖

2.3 組合儀表

作為人機交互的主要部件，組合儀表在雙電壓混合系統中也起著不可或缺的作用。

儀表與發動機電控單元ECU通過CAN線進行通信（速率為250 kb/s），通過硬線與其他部件（如燈光、差速鎖、ABS系統）進行信息交換。在諸多信號中，既有12 V信號又有24 V信號，組合儀表將其分區隔離供電，在將相關信息合理顯示在同一屏幕上的同時，也保證了12 V信息和24 V信息在同一儀表上的兼容。

3 結束語

雙電壓混合系統雖然是在特殊情況下研發而成的，但其極大地拓寬了車用電路的設計思路。該系統憑借合理的電器架構及線路設計，實現了12 V電器系統與24 V電器系統的完全兼容；搭載該智能電源管理的雙電混合系統的NJ2046整車順利通過國軍標要求的EMC試驗（相關試驗條款及要求見《GJB 1389 A系統電磁兼容性要求》）。

NJ2046國Ⅴ車型的研發投產，填補了公司24 V車型電噴及排放升級的空白，具有積極的市場意義。