合二而一的起动-发电机

    耗能设备数量的增多和新技术的应用--电动助力转向一直到电控机械配气机构--要求在整个转速范围内发电机功率达到4-10kW，这一要求远使得传统发电机组越来越力不从心了，12V的车用电源根本无法传输这么大的功率。但是，如果使用42V的车用电源则完全可以满足电功率日益增加的需求。作为总体的解决办法，新世纪新推出的全新动力装置--起动-发电机(如图1)，即将装到发动机舱盖下面。这种新型的起动-发电机组合了交流异步电动机、交流发电机和场控调节系统，估计2002年将批量上市。

    为使发电机功率达到4-10kW，最好是将起动机和发电机共同组合成一个全新的系统。但是出于经济方面的考虑，如果只是用现在已有的技术组合起来的起动-发电机去换取相对较小的1.5kW功率发电机，显然有些不值得了。一个有希望将来获得成效的驱动方案首先必须满足下列要求：

    --起动过程中蓄电池电流小而输出扭矩大；

    --在发动机整个转速范围内发出的电机功率较大，而且效率较高；

    --结构体积尽可能小且符合汽车现有的结构。

    高效率的起动-发电机

    由位于雷根斯堡的西门子汽车技术开发部研制的这台静候批量生产的起动-发电机，其发电机峰值功率已经达到了8kW，在整个转速范围内效率大于80%。相比之下，传统的发电机功率只有1.5kW，最大效率为70%，而在最高转速时效率降低到不足30%。

    西门子的工程技术人员用这种起动-发电机取代了起动机、发电机和飞轮。值得注意的还有，这一技术将一系列有益的应用结合起来，比如自动起-停装置或脉冲起动装置。这种协同作用必然会使电能得以更好的利用，从而降低了油耗和有害物的排放。但是，新开发的这种装置用12V车用电源是行不通的，因为还要重新考虑传输的功率、耗能设备各部件的技术可行性和允许的接触电压总和为42V，该值远大于折中值。

    由于尺寸极为紧凑，这台起动-发电机被直接装到了发动机和变速器之间的曲轴上。这种新技术使原有外部的电子式动力控制系统成了多余。由于即使在低转速时也有很高的电功率，所以也就没有必要暂时关闭诸如座椅和后玻璃暖风等的舒适性耗电器了。它的另一个优点是：电力传输采用无刷方式；因此这种起动-发电机工作起来无磨损，依靠扭矩控制系统可以使扭矩理论值进行适当的分配。在该扭矩控制系统内还可以添加蓄电池控制系统，因为在加速和减速阶段恰恰是标准的充电状态，如果再加上回热式制动，那么要包容进整个系统内的还有制动控制系统。为使扭矩协调一致，起动-发电机通过控制器局域网总线(CAN-Bus)将扭矩控制系统连到一起，起动-发电机就可通过CAN-Bus接收理论扭矩并通过CAN-Bus送回计算好的实际扭矩。

    西门子研制的这台起动-发电机具有的主要辅助功能是提供了更加舒适的自动起动-停机装置，由于采用无刷结构所以也就不会受到磨损，可以使其功能永远不会发生改变。该系统在零负荷时--如在十字路口遇到红灯时--将动关掉发动机，重新踩动油门踏板在小于300ms内即可自动起动直至恢复到原有的怠速转数。如果尚嫌不够，利用被称之为脉冲起动的技术可以使发动机提前达到所需的点火转数(例如怠速转数)，然后再进入燃烧过程。这样做不但节省了燃油而且减小了尾气排放。

    像全能运动员一样，起动-发电机在其他项目上也颇有竞争力。在起动或从低转数加速时，处于助推工况的发电机被暂时当作“第二发动机” 来工作，根据起动-发电机的配置，短时间内其辅助功率可以高达15kW。

    在减速功能上，起动-发电机同样扮演强者的角色，在这里利用发动机制动将动能转换成了电能而且能够被储存起来。

    利用起动-发电机构成的旋转式减震器明显改善了行驶状况和行驶舒适性，因为没有主动减震便有可能在负荷稍有变化或突然加速时驱动系内的低频震动激励造成整车颤抖。

    在雷根斯堡与起动-发电机同时进行批量化开发工作的还有42V车用电源。只有在有了新电源这个先决条件之后，才能给未来汽车提供足够的能量，以满足功率更大、功能更加强大的用电需求。譬如电控机械式配气机构和电控的空调机一样，将会从中获得3kW的电功率。除了这些之外，还有最重要的一条：其电缆横截面比12V时成倍地减小、成本更低且装车重量进一步得到减轻。

    建立在场控调节式异步电机和与之相关联的42V电源基础之上的起动-发电机明年将会完全符合各项技术要求。这里介绍的这一系统要比目前所用的单一被撤换的起动装置和发电机大得多，因为它不但要支持发动机而且还要支持电源工作。伴随着新技术的前进步伐，汽车界决定在未来5年内采用它们。在5年过渡期内，车上的设备可以采用两种电压供电，42V电源可以使新设备用起来更安全更舒适或者是更快。