إذا لم يكن من الممكن أن يستمر شيء ما، فلن يحدث؛ يعد توفير المتطلبات الكهربائية الهائلة للسيارة من بطارية 12 فولت مثالاً على هذا الواقع.
سيارات اليوم - سواء كانت تعتمد على محرك الاحتراق الداخلي التقليدي (ICE)، أو أحد أشكال السيارات الكهربائية الهجينة (HEV)، أو حتى السيارة الكهربائية النقية (EV) - مليئة بالإلكترونيات وأجهزة الاستشعار ووحدات التحكم وميزات السلامة والسائق المتقدم. -نظام المساعدة (ADAS)، وأنظمة المعلومات والترفيه، وعشرات المحركات الصغيرة، ومحركات الجر الكبيرة (للمركبات الكهربائية/المركبات الكهربائية الهجينة). إن توفير الطاقة/الطاقة الكهربائية المطلوبة وإدارتها وتوصيلها يمثل تحديًا كبيرًا. وفي الوقت نفسه، فإن تبديد الحرارة الحتمية هو نتيجة حتمية لوضع الطاقة هذا.
لقد وصل هذا الطلب المتزايد باستمرار على المزيد من الطاقة إلى نقطة لا يمكن فيها الاستمرار في استخدام بطارية الرصاص الحمضية 12 فولت فقط. لا تستطيع هذه البطارية توفير الطاقة، وحتى لو استطاعت ذلك، فإن الكابلات الثقيلة اللازمة لإبقاء الخسائر عند مستوى مقبول تضيف إلى التكلفة والوزن والحجم ومشكلات التوجيه وقيود التجميع. إذا كنت قد رأيت أميالاً من الكابلات وموصلاتها الكبيرة في سيارة حديثة، معظمها بسمك 12 مقياسًا وغير مرن، فأنت تعلم أن هناك مشكلة.
التغيير هنا، مع المزيد في المستقبل
وبطبيعة الحال، فإن احتياجات الطاقة للسيارات اليوم أكبر بعدة مرات من تلك التي كانت موجودة قبل أكثر من 100 عام. ما مقدار الطاقة التي تحتاجها السيارة (تجاهل محركات الجر)؟ يُظهِر أحد المنظورين هذا الارتفاع العنيد والدراماتيكي، باستثناء انخفاض طفيف في فترة السبعينيات (ربما بسبب حظر النفط العربي ونقص الغاز؟)؛ الشكل 1 يظهر هذا.
نظرة سريعة على تطور البطارية وحدها توضح ذلك. السيارات الأولى لم تكن تحتوي على بطارية على الإطلاق! لبدء تشغيل السيارة، يقوم السائق بتحريك المحرك يدويًا لبدء الحركة الدوارة. تأتي طاقة شمعات الإشعال من مولد مغناطيسي، وهو مولد خام لكنه فعال بدرجة كافية متصل بالمحرك. في الواقع، تولّد السيارة المرفوعة طاقتها الخاصة لشمعة الإشعال بمجرد تدويرها وقلبها.
عندما تم تقديم المشغل الكهربائي في الفترة من 1910 إلى 1920، كان يستخدم بطارية 6 فولت. كانت تلك البطارية كافية حتى مع إضافة راديو الأنبوب المفرغ المتعطش للطاقة في منتصف العشرينيات من القرن الماضي. كان مفتاح القدرة على استخدام بطارية متواضعة 1920 فولت للمبتدئين والراديو هو عدم استخدام كليهما في نفس الوقت وأن كابل الطاقة الذي يمتد من البطارية إلى البادئ والراديو كان قصيرًا ومباشرًا، وبالتالي تقليل الخسائر.
وبحلول أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، زادت الأحمال الإضافية على النظام الكهربائي للسيارة مع إضافة خيارات الطاقة مثل المزيد من الإضاءة وتكييف الهواء ونظام التوجيه المعزز. لتقليل المتطلبات الكهربائية، تم تشغيل العديد من هذه الخيارات ميكانيكيًا بواسطة أحزمة تعمل من محرك السيارة، مع استخدام الكهرباء للتحكم ولكن ليس الطاقة الخام.
ومع ذلك، زادت الأحمال بما يتجاوز ما يمكن أن تدعمه بطارية 6 فولت. تحولت الصناعة إلى بطاريات 12 فولت لتوفير المزيد من الطاقة المتاحة وكذلك لتقليل الخسائر والسماح باستخدام كابلات أرق تحمل جهدًا أعلى ولكن بتيار أقل (الشكل 2).
استمر حل 12 فولت لأكثر من 50 عامًا، وهو سجل حافل مثير للإعجاب، وكان مخطط التوصيل البيني لشبكة توزيع الطاقة (PDN) بسيطًا، على الأقل من حيث المبدأ (الشكل 3).
ومع ذلك، تمت إضافة العديد من الأحمال الإضافية في شكل ميزات حديثة. وفي الوقت نفسه، تم تحويل الوظائف الحالية، مثل نظام التوجيه المعزز الذي يعمل بالمحرك، إلى محرك كهربائي يساعد على التحكم بشكل أفضل. وكانت النتيجة PDN أكثر تعقيدًا (كان هناك بعض التحرك الأولي نحو الترقية إلى حزمة بطارية 24 فولت في التسعينيات، لكن ذلك لم ينتشر أبدًا. ولم تفوق الفوائد الطبيعة الراسخة لسلسلة التوريد والتصنيع والتصنيع 1990 فولت). والخبرة)(الشكل 4).
فلاش إلى الأمام إلى 21st قرن من الزمان، والجهد 12 فولت ينفد، إذا استخدمنا استعارة مختلطة. يعد انخفاض الأشعة تحت الحمراء وفقدان الجهد عند استخدام 12 فولت للوظائف الإلكترونية مشكلة ولكن يمكن حلها، إلى حد ما، من خلال استخدام منظمات محلية مناسبة على كل لوحة دائرة. أنا2ومع ذلك، فإن تسخين R Joule وفقدان الطاقة المرتبط به يمثل مشكلة لا يوجد حل لها، حيث أن هذه الطاقة مهدرة وغير قابلة للاسترداد، بينما يزيد تبديد الحرارة المرتبط بها من الحمل الحراري على السيارة.
ويواصل القسم التالي هذه المناقشة.
محتوى EE العالمي ذو الصلة
الأسئلة المتداولة حول المغناطيس للطاقة والإشعال، الجزء الأول
الأسئلة المتداولة حول المغناطيس للطاقة والإشعال، الجزء الأول
الأسئلة الشائعة حول محركات الجر ، الجزء 1
الأسئلة الشائعة حول محركات الجر ، الجزء 2
الأسئلة الشائعة حول محركات الجر ، الجزء 3
تلبي مجموعة الموصلات الشاملة احتياجات الأنظمة الكهربائية للمركبات بجهد 48 فولت
تعزيز الأداء في توزيع الطاقة 48 فولت
التأثير المتزايد للتكنولوجيا المستقلة على تجديد الأنظمة الكهربائية للمركبات
تحسين شبكات توصيل الطاقة
المراجع الخارجية
أنظمة تصميم الإيقاع، "ما هي هندسة المناطق؟ ولماذا يقلب سلسلة توريد السيارات رأساً على عقب؟
شركة فيكور، "أنظمة 48 فولت: ما تحتاج إلى معرفته عندما يقول صانعو السيارات وداعًا لجهد 12 فولت"
شركة فيكور، "المركبات الكهربائية: 48 فولت هو 12 فولت الجديد"
شركة Vicor، "ستقوم شركة Tesla Cybertruck بالتخلص من المكونات الكهربائية بجهد 12 فولت"
TE Connectivity، "الاتصال في الجيل التالي من بنيات E/E للسيارات"
إنفينيون، "نظام توزيع الطاقة في السيارات"
كلور أوتوموتيف، "تطور بطارية السيارة"
أنظمة البطاريات القارية، "تطور بطارية السيارة - من التكنولوجيا القديمة إلى MIXTECH"
MDPI، "خصائص أنظمة إدارة البطاريات في المركبات الكهربائية مع مراعاة عملية موازنة الخلايا النشطة والسلبية"
ResearchGate، "نهج منهجي لتطوير بنيات نظام الطاقة الكهربائية للسيارات"
داخل المركبات الكهربائية “تسلا تؤكد التحول إلى نظام 48 فولت”
تكساس إنسترومنتس، "معالجة مزايا هندسة المناطق في السيارات"