一种智能型双电压混合系统在商用车上的应用

李晓莲，刘步杰，张爱磊

（南京依维柯汽车有限公司产品工程部，江苏 南京 211806）

内燃机时代，被广泛应用的电压系统有两种：12 V和24 V。一般来讲，汽油发动机的车辆（轿车、轻型商用车等）采用12 V电压系统，柴油发动机的重型商用车采用24 V电压系统。随着汽车技术的迅猛发展，尾气排放和环保要求的逐步提高，发动机电控系统（ECU）应用越来越普遍，已然成为车辆标配零部件。但ECU开发周期长、标定及各项开发费用昂贵，部分汽车生产厂商面临着空前的压力，各种应对方案应运而生：如果将目前较为成熟普遍的12 V电控系统应用到24 V电源系统的车辆上，可以大大节省开发时间和资金投入，为抢占市场、提升产品竞争力提供强有力的保障。基于以上背景，本文以依维柯NJ2046国Ⅴ车型为例，介绍双电压混合系统在该车型上的应用。

1 双电压供电系统简介

依维柯NJ2046国Ⅴ车型，搭载sofim柴油发动机，除电控系统外，整车电源为24 V。为节省开发时间，节约开发费用，经过各种可行性分析后，决定将博世成熟产品EDC17C53系统移植至NJ2046车型上，这种类似嫁接的方案对整车电器架构的合理性设计提出了更高的要求。

为维持整车与发动机电喷系统的正常运行，确保整车用电能够平衡，依维柯NJ2046车型采用24 V/12 V双电压混合的电器架构，运用合理的智能管理电源系统，使双电压供电系统兼容并同步。双电压供电系统结构框图如图1所示。

从图1可以看出，该系统的方案内容为：常规电器负载沿用由蓄电池、发电机并联，提供24 V电源，发动机电控系统（ECU）采用由蓄电池—电源管理部件—电源转换器（DC/DC）串联线路提供的12 V电源，仪表处理的输入输出信号根据使用区域的不同，分别给予分配24 V、12 V电源。双电压混合系统电源部分线路原理如图2所示。

图1 双电压（12 V/24 V）供电系统结构框图

2 双电压供电系统关键技术

该双电压供电系统中，有2个关键部件：电源转换器（DC/DC）和电源管理部件。为保证发动机电喷系统在运行期间电源的高可靠性，对电源转换器（DC/DC）提出了电压跟随和模组并联结构的冗余设计要求；专用电源管理部件为电源转换器（DC/DC）提供电源的同时，保证了发动机起停时刻的信息交换和储存的完整性。这2个部件的应用，构成了由蓄电池—专用电源管理部件—电源转换器（DC/DC）的供电架构。

2.1 跟随型模组并联式电源转换器（DC/DC ）

跟随型模组并联式电源转换器（DC/DC）不仅能够将整车24 V电源转换成12 V电源，而且有如下技术优势。

图2 双电压混合系统电源部分线路 原理

1）输出电压跟随整车24 V系统电源波动（图3），不仅能够维持发动机电喷系统的正常运行，且能将整车蓄电池电源的使用信息传递给发动机电控系统，以便发动机电控系统对其进行实时监测；一旦电压低于某个值，车辆控制逻辑可以自动提升发动机怠速或关掉部分辅助负载，保证系统用电平衡和减少欠电压对蓄电池的损害，解决了非随动型产品对蓄电池主电源无法监控的缺陷。

图3 DC/DC输出电压与整车电压关系

2）采用多个独立的变压模块并联组合和单模块自动检测功能，即便单个模块出现故障，系统将其保护性关闭时，其他模块仍然能够正常工作，确保为发动机电喷系统提供稳定电压。采用这种冗余性硬件设计，保证了发动机控制系统电源供给的可靠性以及行车过程中的安全性。

3）采用合理的软硬件设计，DC/DC的电磁兼容能力达到国军标部件要求。

跟随型模组并联式电源转换器（DC/DC）外形如图4所示，其内部结构框图如图5所示。

图4 跟随型模组并联式电源转换器外形

图5 跟随型模组并联式电源转换器内部结构框图

2.2 智能电源管理部件

智能电源管理部件是为混合双电源系统专门设计开发的部件，在整车电气原理上位于蓄电池和电源转换器之间，采用单片机技术，检测点火开关状态和整车负载电流信息，通过控制逻辑判断，起到延迟断开ECU电源的作用，其主要技术特点如下。

1）当整车钥匙打到ON挡时，该部件为电源转换器提供24 V输入电源，以保证发动机电控系统持续可靠的工作。当整车钥匙打到OFF挡时，该部件仍能支持系统延时工作到设定的时间，避免ECU因整车电源断电时出现发动机信息丢失或混乱现象，保证停机时刻ECU仍能与整车信息完整、准确地互换。

2）根据负载电流检测，保证ECU信息保持完成后，及时切断电源，实现整车断电，实现了整车用电平衡，又最大程度地降低了漏电流。

3）采用继电器形式的外形，便于在整车电器盒中安装，保证插接可靠性和检调维修性。电源管理部件的外形及内部结构框图如图6所示。

图6 智能电源管理部件外形及内部结构框图

2.3 组合仪表

作为人机交互的主要部件，组合仪表在双电压混合系统中也起着不可或缺的作用。

仪表与发动机电控单元ECU通过CAN线进行通信（速率为250 kb/s），通过硬线与其他部件（如灯光、差速锁、ABS系统）进行信息交换。在诸多信号中，既有12 V信号又有24 V信号，组合仪表将其分区隔离供电，在将相关信息合理显示在同一屏幕上的同时，也保证了12 V信息和24 V信息在同一仪表上的兼容。

3 结束语

双电压混合系统虽然是在特殊情况下研发而成的，但其极大地拓宽了车用电路的设计思路。该系统凭借合理的电器架构及线路设计，实现了12 V电器系统与24 V电器系统的完全兼容；搭载该智能电源管理的双电混合系统的NJ2046整车顺利通过国军标要求的EMC试验（相关试验条款及要求见《GJB 1389 A系统电磁兼容性要求》）。

NJ2046国Ⅴ车型的研发投产，填补了公司24 V车型电喷及排放升级的空白，具有积极的市场意义。