Si algo no puede continuar, no continuará; Satisfacer las voraces demandas eléctricas del automóvil a partir de una batería de 12 V es un ejemplo de esta realidad.
Los automóviles actuales, ya sea que se basen en el tradicional motor de combustión interna (ICE), algún tipo de vehículo eléctrico híbrido (HEV) o incluso un vehículo eléctrico puro (EV), están repletos de componentes electrónicos, sensores, unidades de control, funciones de seguridad y herramientas avanzadas para el conductor. -sistema de asistencia (ADAS), sistemas de información y entretenimiento, docenas de motores pequeños y motores de tracción grandes (para EV/HEV). Es un gran desafío proporcionar, gestionar y entregar la energía eléctrica necesaria. Al mismo tiempo, la disipación del inevitable calor es una consecuencia inevitable de esta situación energética.
Esta demanda cada vez mayor de más energía ha llegado a un punto en el que ya no se puede seguir utilizando sólo la batería de plomo-ácido de 12 V. Esa batería no puede proporcionar la energía, e incluso si pudiera, los cables de gran calibre necesarios para mantener las pérdidas a un nivel aceptable aumentan el costo, el peso, el volumen, los problemas de enrutamiento y las limitaciones de ensamblaje. Si ha visto los kilómetros de cableado y sus grandes conectores en un automóvil moderno, muchos de ellos inflexibles y de calibre 12, sabrá que hay un problema.
El cambio está aquí, y habrá más por venir
Por supuesto, las necesidades de energía de los automóviles actuales son varios órdenes de magnitud mayores que las de hace más de 100 años. ¿Cuánta potencia necesita un coche (ignorando los motores de tracción)? Una perspectiva muestra el aumento inexorable y dramático, excepto por una pequeña caída en el período de 1970 (¿posiblemente debido al embargo de petróleo árabe y la escasez de gas?); Figura 1 y XNUMX muestra esto.
Un breve vistazo a la evolución de la batería es por sí solo ilustrativo. ¡Los primeros coches no tenían batería! Para arrancar un automóvil, el conductor hacía girar el motor manualmente para iniciar el movimiento giratorio. La energía para las bujías procedía de un magneto, un generador tosco pero bastante eficaz conectado al motor. En efecto, el automóvil arrancado creaba su propia energía para la bujía una vez que se giraba y giraba.
Cuando se introdujo el arranque eléctrico en el período de 1910 a 1920, utilizaba una batería de 6 V. Esa batería era adecuada incluso con la adición de la radio de tubo de vacío, que consumía mucha energía, a mediados de la década de 1920. La clave para poder utilizar una modesta batería de 6 V para el motor de arranque y la radio fue que ambos no se usaban al mismo tiempo y que el cable de alimentación que iba desde la batería hasta el motor de arranque y la radio era corto y directo, minimizando así las pérdidas.
A principios de la década de 1950, las cargas adicionales en el sistema eléctrico del automóvil aumentaron con la adición de opciones eléctricas como más iluminación, aire acondicionado y dirección asistida. Para minimizar las demandas eléctricas, muchas de estas opciones eran impulsadas mecánicamente por correas que salían del motor del automóvil, y se usaba electricidad para el control pero no para la energía bruta.
No obstante, las cargas aumentaron más allá de lo que podía soportar la batería de 6 V. La industria cambió a baterías de 12 V para proporcionar más energía disponible y también para reducir las pérdidas y permitir el uso de cables más delgados que transportan voltajes más altos pero con amperaje más bajo (Figura 2 y XNUMX).
La solución de 12 V duró más de 50 años, lo que supone un historial impresionante, y el diagrama de interconexión de la red de distribución de energía (PDN) era sencillo, al menos en principio (Figura 3 y XNUMX).
Sin embargo, se añadieron muchas cargas adicionales en forma de características modernas. Al mismo tiempo, las funciones existentes, como la dirección asistida impulsada por el motor, pasaron a ser asistidas por motor eléctrico para un mejor control. El resultado fue una PDN más complicada (hubo un movimiento inicial hacia la actualización a un paquete de baterías de 24 V en la década de 1990, pero eso nunca tuvo éxito. Los beneficios no superaron la naturaleza arraigada de la cadena de suministro de 12 V, la fabricación, y experiencia) (Figura 4 y XNUMX).
Avancemos hasta el 21st siglo, y el 12 V está perdiendo fuerza, para usar una metáfora mixta. La caída de IR y la pérdida de voltaje cuando se utilizan 12 V para funciones electrónicas son un problema que se puede solucionar, hasta cierto punto, mediante el uso de reguladores locales adecuados en cada placa de circuito. I2Sin embargo, el calentamiento con R Joule y la pérdida de potencia asociada es un problema para el cual no hay remedio, ya que esa energía se desperdicia y no se puede recuperar, mientras que la disipación de calor asociada aumenta la carga térmica del automóvil.
La siguiente sección continúa esta discusión.
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Referencias externas
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Clore Automotive, “La evolución de la batería de automóvil”
Continental Battery Systems, “Evolución de las baterías de automóvil: de la tecnología antigua a la MIXTECH”
MDPI, “Características de los sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos teniendo en cuenta el proceso de equilibrio de celdas activo y pasivo”
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