电气系统架构改为车辆、航海、航空、航天电力系统

1930～1960年间，汽车电气系统几乎没什么发展。虽然点火系统因发动机高压缩比的要求而有所发展，各种元器件的寿命有所延长，但并没有出现真正概念性的进步。1950年，曾经出现过的可靠点火问题再度成为汽车电气系统的重要挑战。由于新发动机压缩比高，6V的点火系统无论性能还是寿命都无法适应。1952年，北美汽车制造商总工程师会议期间，人们意识到，除非对点火系统进行改进，否则街道上将到处都是因触点烧蚀而无法行驶的汽车。这使得汽车电气系统开始由配6V电池的7V系统向配12V电池的14V系统转变。第一个12V系统由通用汽车公司推出，随后是福特和克莱斯勒。欧洲汽车制造商除VW之外，都很快改成了12V系统。改为12V，对照明系统而言实现上存在困难，其他电气部分困难不大。例如起动电机的驱动能力原本就有余量，改为12V后余量更大。电池由原来的三单元变成了六单元，形状比以前细长。发电机绕组匝数增加了一倍，采用小标号导线绕制。除此之外，发电机、调节器和整个电气系统未受太大影响。点火系统因此能够提供更高的点火能量，从而提高了系统的可靠性。

1960～1980年间，汽车电气系统最大的变化是直流发电机被Lundell交流发电机取代。这种变化背后的动力是对电能持续增长的需求。汽车电气系统中的电能需求在1912年约为100W，到1960年已经增长到了500W，并且用电设备越来越多，从1920年推出的汽车收音机开始，更多的照明灯、电动风挡雨刮器、用于空气循环的加热风机等不断被用在汽车上，到1980年，功率需求已经增加到1500W。半导体功率二极管的出现，使Lundell交流发电机的实际应用成为现实，1958年，Delco—Remy为具有更多电气负载的汽车推出了二极管整流器发电机。Lundell交流发电机是1933年由克莱斯勒公司发明的，但由于缺乏有效的整流手段，当时并不实用。二极管整流模块的出现改变了这一状况，1961年，克莱斯勒公司在大容量公交车上采用了12V交流发电机。通用公司和福特公司分别在1963年和1965年跟上了这一变化。

二极管整流桥固有的反向阻断能力，在发动机停止时能阻止电池对发电机放电，因此用于实现这一功能的继电器被取消，用于控制励磁绕组的继电器仍被保留，不久，这一继电器也被电子调压器取代。20世纪60年代中期，大部分汽车都已采用了电子调压器。20世纪60年代末，无触点电子点火装置出现，断电器机械触点被晶体管取代。1963年，Delco—Remy推出了第一个磁脉冲分电器，到1975年，美国大部分汽车都配置了磁脉冲分电器晶体管点火系统。汽车电气系统接下来的发展是发动机的电子控制。1978年，福特公司推出了基于微处理器的点火正时和尾气循环控制系统。发动机电子控制可以节省燃油并降低废气排放，其背后的直接推动力是1974～1975年的石油危机。随后，电子燃油喷射系统被推出。从1980年至今，发动机电子控制系统的功能不断扩展，从燃烧过程控制、空气燃油测量、废气控制、发电机控制，直到最近开始的传动控制。接下来，我们把注意力转到电气系统的结构、传动电气化对它的影响，以及即将到来的对多电汽车的需求。

传统汽车电气系统从结构上说主要包括储能、发电、起动和配电。我们已经从历史的角度讨论了储能、发电和起动部分，而配电部分的主要功能是将电能分配给各种负载，包括点火、内部和外部照明、驱动风扇、泵和压缩机的电动机以及仪表系统。为保证电源的电能有效地分配给各种负载，整车配电系统必须具有合适的结构。目前，大部分汽车采用14V电气系统。图4-1给出了汽车电气系统的传统结构。其中只包含一个电压等级，即14V直流，负载采用手动开关和继电器控制^［3～10］。由于传统配电系统采用点对点连接，所以线束很庞大且接线复杂。

(www.xing528.com)

图4-1 传统14V直流配电系统结构

目前汽车电气系统的功率需求大概是1kW左右，电池端电压受发电机输出电流、电池使用年限、电池充电状态以及其他一些因素的影响，在9～16V之间波动。这有可能超过一些负载的电压范围，参考文献［5～8］还指出了其他一些不利的影响。

除了这些不足之外，14V系统不能适应将来多电汽车对电源的要求，因为这样做成本高且效率低。