啟停系統(tǒng)的定義及其先決條件與優(yōu)勢(shì)

本文將介紹什么是啟停系統(tǒng)以及汽車啟停系統(tǒng)的先決條件，包括它的實(shí)施與優(yōu)勢(shì)。
　　燃油節(jié)省與CO2減排范圍在5%至10%之間。隨著燃油價(jià)格的攀升，高二氧化碳排放稅的提高，再加上政府對(duì)減少汽車排放量的要求，我們需要采用各種措施來提高效率，降低排放。
　　高效節(jié)能、環(huán)保和低稅率是汽車吸引客戶的屬性特征。有大量選項(xiàng)可使這類汽車變得更經(jīng)濟(jì)?；旌蟿?dòng)力或電動(dòng)汽車就是其中的兩種選項(xiàng)，但成本依然相當(dāng)高。純電動(dòng)汽車需要快速充電和密集的充電站網(wǎng)絡(luò)，而混合動(dòng)力汽車則存在兩個(gè)引擎的負(fù)擔(dān)。
　　通過為汽油及柴油汽車實(shí)施啟停技術(shù)，可以使能效顯著提升5%至10%.
　　啟停是指可在汽車怠速時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)，例如在等交通信號(hào)燈時(shí)可減少排放量，提高燃油效率。只需踩手動(dòng)檔汽車的離合器或者自動(dòng)擋汽車的加速器就能使發(fā)動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)。在需要?jiǎng)恿Φ那闆r下，如果汽車開始移動(dòng)，可能需要制動(dòng)壓力?；蛘撸绻?a target='_blank' class='arckwlink_none'>AC單元耗電過多，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)。
　　啟停實(shí)施需要一些先決條件。由于起動(dòng)器使用更加頻繁，因此在大多數(shù)情況下需要使用容量更大的電池。此外，經(jīng)常使用發(fā)電機(jī)與起動(dòng)器組合或者集成型起動(dòng)器發(fā)電機(jī)（ISG）替代傳統(tǒng)方案。這樣可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量重復(fù)使用。因此，發(fā)電機(jī)需要支持明顯高于普通發(fā)電機(jī)的電流。起動(dòng)器已適合該需求，因此需要添加支持充電的電子器件，這一工作比較簡(jiǎn)單。
　　制動(dòng)能量的重復(fù)使用有助于提高整體能效，因?yàn)樵谡ｑ{駛過程中需要較小的充電。不過，這還需要不同的電池特性來實(shí)現(xiàn)快速充電。此外，還需要傳感發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和外部溫度等環(huán)境數(shù)據(jù)，其可能會(huì)在特定條件下阻止啟停。例如，如果發(fā)動(dòng)機(jī)較冷，燃油效率就會(huì)比較低，而且啟動(dòng)所需功率也會(huì)比較高。
　　此外，啟停還需要電池監(jiān)控，因?yàn)檩^弱的電池?zé)o法實(shí)現(xiàn)重啟。在這種情況下，啟停功能會(huì)被禁用。如果發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，那么由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶帶動(dòng)的水泵和空調(diào)等功能也會(huì)停止。要在啟停過程中支持這些功能的運(yùn)行，需要使用電機(jī)代替皮帶來驅(qū)動(dòng)這些負(fù)載。（圖1）
　　
　　圖1：汽車系統(tǒng)中電氣負(fù)載及其電源的方框圖
　　通過DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器將電池電壓降壓為儀表板及信息娛樂系統(tǒng)的電源。
　　低電池電壓會(huì)影響降壓轉(zhuǎn)換器的輸出以及這些電路板的電源。為維持恒定穩(wěn)壓的電源，必須使用前置升壓級(jí)。前置升壓級(jí)的配置取決于所需的電源。
　　在啟動(dòng)過程中，起動(dòng)器的高負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電池電壓大幅降低。對(duì)于冷啟動(dòng)而言，在打開點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，汽車的系統(tǒng)未加電，只有在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)工作時(shí)才通電。
　　相反，在啟停過程中，系統(tǒng)已經(jīng)加電運(yùn)行，不會(huì)因電源不足而復(fù)位。現(xiàn)在，信息娛樂系統(tǒng)或高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）具有啟動(dòng)支持，可避免電源出現(xiàn)壓降。
　　一般曲線通常依照ISO7637-4脈沖形式，但電壓和持續(xù)時(shí)間會(huì)有變化（圖2）。
　　
　　圖2：?jiǎn)?dòng)脈沖電壓波形實(shí)例
　　根據(jù)ISO7637-2脈沖4，電池在5ms內(nèi)降低至5V至6V的最低電壓（針對(duì)額定12V系統(tǒng)），并維持該值達(dá)40ms.然后，電壓升至6V至9.5V并維持20秒，隨后恢復(fù)到正常電壓值。
　　大部分原始設(shè)備制造商（OEM）的汽車啟動(dòng)配置都使用ISO脈沖的變形。通常初始?jí)航蹈又匾?br /> 　　今天，不僅可以找到低至3.6V的電壓，而且電壓進(jìn)一步降低的趨勢(shì)也很明顯。壓擺率和持續(xù)時(shí)間等定時(shí)參數(shù)也可能會(huì)有所不同。有些不僅可在平坦區(qū)添加振蕩或延長(zhǎng)初始脈沖，同時(shí)還可消除第二平坦區(qū)，例如在支持大眾冷啟動(dòng)測(cè)試脈沖（VW80000）和戴姆勒克萊斯勒發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)測(cè)試脈沖（DC-10615）的情況下。
　　在任何情況下都要考慮從電池中汲取的電流。電源需求在30W范圍內(nèi)的信息娛樂系統(tǒng)一般可從電池中汲取2.5A至3A的電流。如果電池電壓降至2V，那該系統(tǒng)會(huì)汲取超過15A的電流。因此，即便是在啟動(dòng)脈沖過程中，電子器件也需要保持穩(wěn)定，以便實(shí)現(xiàn)持續(xù)工作?？捎玫牟煌鉀Q方案有前置升壓或升降壓。
　　前置升壓不僅可為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，而且還位于電池與為處理器和音頻提供電源的降壓轉(zhuǎn)換器之間。它只在啟動(dòng)時(shí)工作，在電池電壓降低時(shí)需要自行激活。它允許極低的電池電壓。但由于子系統(tǒng)需要升壓的總電源原故，電流要求會(huì)非常高。因此，升壓產(chǎn)品及其組件需要適應(yīng)這樣的電流額定值。
　　使用分立式前置升壓產(chǎn)品或TPS43330-Q1或TPS43350-Q1產(chǎn)品系列，可實(shí)現(xiàn)模塊化解決方案。加入升壓電路組件后可實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)支持。如果不需要啟動(dòng)支持，可移除升壓電路組件，無需對(duì)其余電源鏈進(jìn)行任何改變。圖3是一般架構(gòu)，圖4則是使用TPS43330-Q1的簡(jiǎn)化實(shí)施方法。