汽車電壓42V化技術開發

汽車電壓42V化技術開發

汽車電壓42V化的背景

為追求車輛安全性、舒適性與便利性，車載電器系統不斷地在增加，且更複雜化，特別是因應今後的動力裝置(如引擎動閥系統、主動式懸吊系統、動力方向盤、空氣壓縮機、離合器等)高性能化與提升搭載自由度，車輛實施電氣化與電子化的需求將越來越殷切。因應電氣化與電子化的需求量，最大的電力消耗功率可能達10kW以上，若以目前14V電壓系統而言，將導致各個電子零組件大型化、導致重量增加，因應之道是增加電氣系統的高電壓化。

降低燃油消耗是各個車廠目前最重要的研發課題，達成手段之一是藉由高電壓化，以促使電裝品輕量化，小型化並提升效率。例如為節約能源，在停車時配合怠速停止運轉系統(Idling Stop System)，設計高電壓起動馬達與發電機為一體的機構，同時藉由高電壓的零組件設計，使搭配的零組件如IC半導體因此承受較低的電流，可以降低成本，周邊附屬零組件得以簡單化。

考慮人體可以承受的安全限制條件，比較60VDC過渡的過電壓，以42V電壓系統發展最受世界矚目。

電壓42V化的目的
‧降低油耗(減少廢氣排放)
‧提升舒適性
‧車輛整體設計輕量化，低成本化
‧伴隨高電壓，馬達效率提升，線束(Wire Harness)可細線化
‧追加新機能，提升商品競爭力

電壓42V化的理由
‧安全性電壓(人體接地)
‧性能(數kW~10kW)
‧線束設計最佳化
‧回路設計低成本化(泛用IC半導體與回路設計)
‧使用36V電瓶(鉛酸電池12V的整數倍)，可以低成本化


電壓42V化的動向

‧汽車電源電壓42V化係源自1994年Benz電裝品的大容量化需求，以美國的MIT(Massachusetts Institute of Technology)為中心成立高電壓系統的研究小組，目前世界各國計有12家汽車廠，39家零組件廠同時加盟MIT Consortium(MIT Consortium on Automatic Electric/Electric Components Systems)
‧歐洲於1995年針對汽車產業技術開發，進行電子技術廠商業者整合，由德國政府指導並創設電子零件開發公司SICAN，1996年2月德國各公司陸續加入SICAN汽車電氣系統發展論壇，就導入電壓42V的Power net的基本動機與實施方式作討論，其後隨即組織Bordnetz論壇，以結合研發共識。
‧Bordnetz積極推展電壓42V的Power net標準化活動，這項標準化計畫並向FAKRA(德國汽車規格協會)、VDA(德國汽車工會)進行相關提案，1998年4月採納「2個電壓12V/42V汽車電氣系統標準化案」。
‧1999年由VDA、FAKRA、MIT Consortium溝通連繫，進行標準化草案第一次活動，並經由FAKRA2000年5月向ISO提出註冊。
‧目前國際標準化活動「ISO/TC22/SC3/WG13」係對電壓42V系統的各種電壓條件標準化，「ISO/TC22/SC3/WG3」是對電壓42V系統的電氣‧電磁妨害，「ISO/TC22/SC3/WG3」則是對電壓42V汽車的保險絲標準化進行規範。

電壓42V化的優點
‧Toyota自2001年8月起即開始販賣電壓42V電源系統的Mild Hybrid汽車，搭載42V電源系統機構的「THS-M(Toyota Hybrid System Mild)是使用發電機與馬達兼用的電壓42V電源(充電電壓42V，作動電壓36V鉛酸電池)。其動作是當車輛停止時，引擎熄火，再起動時藉由馬達驅動，行駛與減速時馬達當發電機使用，並對電瓶充電。
‧其優點是對應電壓42V電源系統的複合動力機構，可減少14%的燃料消耗。
‧對應電壓42V電源系統的複合動力機構，具怠速停止運轉機能與煞車回充機能。


需求預估表
年別 1999 2000 2001 2002 2003
(預估) 2004
(預估) 2005
(預估)
台數 - - 1574 6000 40,000~
60,000 100,000~
120,000 200,000~
240,000

‧2001年 Toyota Crown Mild Hybrid汽車8~12月銷售實績
‧2002年 Toyota Crown Mild Hybrid汽車銷售目標500台/月X12=6,000台
‧2002年4月，Toyota Crown Mild Hybrid汽車銷售500台，三菱重工(GDI-ISA)富士重工(HM-01)銷售未定，針對省油耗之關鍵技術訴求，需考量車載系統的對策問題，歐洲各車廠多以2008年法規為開發動向對應，電壓42V電源系統的汽車真正的導入期，預估至2005年時會有數家車廠投入市場，生產數量亦將迅速增加。