42V系统

汽车内的42V系统是1990年代末期提出的电压标准，在车内增加42伏特的电压，目的是让车内可以有更多的电子驱动装置，也减轻车内的线束。当时有提出将电动机用在动力转向或是其他设备，减少安装需要的体积，也避免传动皮带或是大电流导线的重量。传统的车内辅助电压是12伏特，42V系统电压超过原来的三倍。较高的电压一方式可以在配线及设备上有较大的功率输出，而且小于50伏特，在避免电击危害指引的最大电压以内。欧洲车厂戴姆勒为此标准命名为42V。

虽然许多多的车厂预测会切换到36V（锂离子电池）/42V（充电用电压）的电压系统，不过此一转换后来没有发生，此计划也已经取消。高效率马达的出现、新的配线技术及数位控制、而且着重使用高压启动器／发电机的混合动力电动汽车，已取代了切换车辆辅助电压的需求。以往认为需要较高电压的应用（例如动力转向），已可以用12V的电压实现其应用。因为车辆中使用的白炽灯在12V系统下运作良好，要切换到42V系统反而比较难，42V系统只用在少数的车辆应用中

在中度混合动力汽车中有配合 48伏特的电压系统，用电子的方式辅助推进，并且在刹车时可以回生能量，有助于省油

## 历史

### 美国–先进汽车电气和电子系统联盟

国际汽车工程师学会（SAE）早在1988年就提出了提高汽车电压的议题。

1994年时在戴姆勒公司的提议下，在美国马萨诸塞州麻省理工学院的电磁及电子系统实验室（MIT/LEES）发起了第一届的汽车配电系统先进体系结构研讨会（Workshop on Advanced Architectures for Automotive Electrical Distribution Systems），目的是定义未来汽车电力系统的架构。一开始的参与者有车辆配件的供应商，以及戴姆勒、福特汽车及通用汽车等车厂。

1995年9月时，在麻省理工学院利用工具MAESTrO比较了几种电子系统的架构，同年12月时，研究的结论是定义未来汽车电压的标准大约会是40 V。

在1996年初，成立了先进汽车电气和电子系统联盟（Consortium on Advanced Automotive Electrical and Electronic Systems），随后的研讨会中，确定未来的汽车电压标准是42V。

IEEE Spectrum在1996年8月时有一篇论文《Automotive electrical systems circa 2005》。

1996年10月在，MIT的John G. Kassakian博士在底特律的IEEE汽车电子技术研讨会（IEEE Workshop on Automotive Power- Electronics）中，发表了“车用电子系统的未来”（The Future of Automotive Electrical Systems）的演讲。

戴姆勒公司在1997年3月24日，在MIT发表了“42V/12V双电压车辆电子动力系统的规格草案”（Draft Specification of a Dual Voltage Vehicle Electrical Power System 42V/14V）。

### 欧洲

戴姆勒在1994年时，也有在欧洲提出相同的计划，之前SICAN GmbH在汉诺威针对德国的车厂举办了第一次的Forum Bordnetz（车辆电子系统论坛）。也是邀请汽车零件供应商在很早期就加入，和所有欧洲的车厂一同参与。

1996年2月15日订定了介绍性论文Bordnetzarchitektur im Jahr 2005（2005年的汽车电子系统架构），BMW在1996年6月4日提出了Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz（电动车辆目前及未来的负载列表）以及42V/14V-Bordnetz（42V/14V PowerNet）。

同年的9月13日在巴登-巴登举办了第七届的国际汽车电子技术会议，MIT的Richard D. Tabors博士提出的论文Neue Bordnetz- Architektur und Konsequenzen（新的汽车电子系统架构及影响），引起了许多的关注。

1997年3月6日BMW在汉诺威发表了Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V/14V（双电压汽车车子动力系统 42V/14V规范草案）。

SICAN GmbH的所作的，对BMW和戴姆勒的合作有正面的影响，由他们联合定义欧洲的2005年负载列表，以及联合提出双电压汽车车子动力系统 42V/14V规范草案即可看出。

2011年时，不少德国车厂同意在电子车的电压系统中增加48V的电源系统，辅助现有的12V系统，并且引入Combo plug（一种电动车直流充电的通用电子接头）。2018年时，许多量产的车辆已使用48V系统，例如保时捷、宾利的SUV，而沃尔沃集团及奥迪计划在2019年的车辆导入48V的标准

## 电压的选择

6-cell的铅酸蓄电池在放电时输出的电压约是12.6 V，对应的汽车交流发电机在充电时可以输出13.5 V至14.5 V的电压。42V的电压大约近似新标准充电系统的输出。标称电压12 V的车用电池在工作时的输出电压约13.8 V，因此用14 V来近似。文献中42 volt的电力系统常常是指用6 cell铅酸蓄电池，标称电压14V作为能量来源的系统。依运作条件不同，现今车辆电力系统的电压可能介于6.5 V 至 16 V之间，中间也可能会出现电压涟波。

在许多的准备工作后（所得结果在《2005年的汽车电子系统架构》中），在1995年麻省理工学院的会议中，透过MAESTrO工具，将各车厂的汽车电力系统在以下几个规格之间选择（12 V、12 V/24 V DC、12 V/48 V DC 及12 V/60 V AC）。研究的结论是选择可行范围内，最大的直流电压。

直流电压的限制因素是60 V电击保护的限制，就算在极端条件下产生了电压晃动，其电压也不能超过此数值。此限制条件让车用系统的电压不能是48 V，因为在低温下充电时，车池电压可能会超过60 V。而价格、重量以及电池体积也会影响电池数量，因此需将电池数量维持在最小值。

在 42 V/14 V 的powerNet的新电池技术，无法在车用市场上降到一般人可以负担的价格。铅酸蓄电池价格很低，其充电放电特性符合规格。因此，铅酸蓄电池若要针对能量以及使用寿命优化，会将其电压降低，若要针对的功率优化，需要将其电压提高。

另外一个新架构的重要准则，是要允许渐进的进行调整，以此例来说，是要渐渐的有需要较高电压负载的需求。

在42 V/14 V系统中，14 V的电源不会用在大功率的负载上，使用范围的限制也会比较多。

在汽车领域中，电力电子越来越重要，是未来汽车价格的决定性因素之一。在选择最适合的电压准位时，此一准则特别的重要。

在主要半导体供应商的密集讨论后，认为大约40 V的电压是比较合适的。在《Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze》（针对未来车辆电力系统的智能功率半导体）论文中有列出许多的论点，此论文是由以前的西门子半导体（现在的英飞凌科技）在1997年6月在慕尼黑的第十七届Elektronik im Kraftfahrzeug会议中所提出的。

其他有关较高电压的论点包括可以减少线材重量，提升稳定性，也减少电压降。电压变为原来的三倍，电流变为原来的三分之一，导线截面积也可以减为原来的三分之一，而相对的电压降也可以降到三分之一。因此42 V变成车用电源的第二种选择。

## 外部链接

- Paper by Emilian Ceuca: (65.0 KB)
- Halbleiter im 42V-Bordnetz Dr. Alfons Graf Infineon Technologies, Munich October 2001
- 42V Powernet Report Mike Weighall, Digatron/Firing Circuits, Aachen January 2003