汽车电子——整车电气网络和混合传动系统（一）
汽车电子——整车电气网络和混合传动系统（一）
一、总览
整车电气网络的基本元素
内燃机：将化学能转换为机械能
发电机：将机械能转换为电能
电池：储存电能
起动机，用电器：消耗电能，实现特定功能
开关和保险，导线：安全，控制，能量传递
如图1.1所示：
图1.1 整车电气网络基本构成
电子电气 VS 机械
电子电气的优点：
-
良好的分散性
快速，可靠，清洁，低损失 -
很好的可控性
特征值简单，准确，快速，可测量，可控 -
很好的可用性
能量之间的转换很方便 -
良好的储存性
有不同的技术可以储存电能
电子电气的缺点：
-
电能自给自足，且传递过程的效率较低
许多能量转换的过程的效率有限 -
电能的产生仅能通过发动机的运转
-
电能的缓冲是必须的
能量密度较低，质量大，成本高
因此在汽车中，电能往往作为辅助能量形式出现。
能量传递链的效率
-
化学能 -> 机械能——内燃机：ηVM = 10~40%
-
机械能 -> 电能——发电机：ηG = 40~75%
-
电能 -> 化学能——电池：ηBat = 60~85%
-
电能传递——导线：ηK = 90~98%
用电器的分类
- 根据通电时间：短时，长时，持续
- 根据功率需求：均匀的功率输入（峰值功率 ≈ 平均功率），不均匀的功率输入（峰值功率 >> 平均功率）
- 根据功能：起动机，发动机管理和动力总成，发动机配套器件，安全系统，信息娱乐系统，驾驶辅助系统，舒适系统
在未来，用电器的功率将越来越高。由于会有与安全相关的功能加入，汽车电气网络的稳定性将会加强，系统的安全性将会得到进一步保证。
常见汽车电气网络中的用电器
| 用电器 | 额定功率 | 平均功率 |
|---|---|---|
| 点火器 | 20W | 20W |
| 燃料泵 | 50W | 50W |
| 发动机控制单元 | 200W | 200W |
| 近光灯 | 110W | 90W |
| 尾灯 | 30W | 25W |
| 其他照明 | 22W | 20W |
| 座舱加热，风扇 | 120W | 50W |
| 后窗加热 | 200W | 60W |
| 电子空调风扇 | 120W | 30W |
| 雨刮器 | 50W | 10W |
| 挡风玻璃清洗器 | 60W | 5W |
| 制动灯 | 45W | 12W |
| 转向灯 | 42W | 5W |
| 雾灯（车前） | 42W | 5W |
| 雾灯（车尾） | 21W | 2W |
| 车窗电动升降 | 150W/个 | 10W/个 |
| 座椅加热 | 120W/个 | 10W/个 |
| 电动座椅调节 | 110W/个 | 5W |
| 电动方向盘调节 | 25W | 2W |
| 总共 | 1625W | 646W |
（数据来源：[BOSCH-02]及其他）
其中，1625W是安装的所有用电器的功率，646W是加权平均功率，考虑了通电时间，使用频率和同步性因素。
例：车窗清洗器和雨刮器工作时的电流大小
1汽车电气网络的电压
- 直流电
- 电池并联供电可行
- 许多直流电执行器
- 低电压保护
- 导体系统，车身作为低电势端
- 对于中小型用电器具有良好的性价比
6 V： 发动机启动的最低电压
9 V：汽车运转的最低电压
11 - 12 V：典型放电电压
14 - 15 V：典型充电电压
16 V：最大电压
34 V：最大动态电压峰值
（数据来源：[HEN-90]及其他）
例：城区形势时的汽车电气网络表现
二、发电机
发电机的功能
- 通过电磁感应，将内燃机的机械能转换为电能
- 为用电器提供电能，为电池充电