Jika sesuatu tidak dapat dilanjutkan, maka hal itu tidak akan terjadi; memasok kebutuhan listrik mobil yang sangat besar dari baterai 12-V adalah contoh dari kenyataan ini.
Perubahan topologi mempengaruhi sumber baterai
Karena masalah 12-V, banyak kendaraan ICE baru dan hampir semua EV/HEV juga memiliki baterai 48-V. Baterai ini melayani beban yang lebih efisien ditenagai oleh tegangan yang lebih tinggi dengan tetap mempertahankan sumber 12-V untuk beban arus yang lebih rendah.
Konverter DC/DC 48-V biasanya dirancang untuk memungkinkan energi listrik mengalir dua arah dari satu baterai ke baterai lainnya sesuai kebutuhan, di bawah arahan manajemen baterai (BMS) yang canggih untuk menyeimbangkan sumber energi versus kebutuhan beban secara optimal (Gambar 1).
Manajemen baterai telah menjadi sistem yang sangat rumit meskipun tampak sederhana dalam diagram bok tingkat tinggi (Gambar 2).
Namun, bukan hanya tegangan dasar baterai saja yang mengalami peningkatan. Tuntutan sistem telah mendorong perancang untuk mengulang topologi dasar tentang bagaimana tegangan dan daya baterai didistribusikan dan diubah menjadi rel tegangan rendah untuk elektronik sekaligus menawarkan tegangan lebih tinggi untuk beban daya lebih tinggi seperti motor aksesori, amplifier audio di baterai. puluhan dan ratusan watt, dan banyak lagi.
Kapasitas energi baterai pada kendaraan listrik modern dapat berkisar dari sekitar 30 kWh pada kendaraan listrik kecil seperti Mini Cooper SE hingga lebih dari 200 kWh pada kendaraan listrik besar dan bertenaga seperti truk GMC Hummer EV. Gambar 3 menunjukkan evolusi sebenarnya dan ke mana arahnya.
Ketika mobil menjadi “elektronik dan komputer” di atas roda (gambar kiri), desainer menggunakan topologi terdistribusi dengan node pusat. Dengan arsitektur ini, mereka dapat menambahkan fungsi baru hanya dengan menambahkan unit kontrol elektronik (ECU) baru. Selama bertahun-tahun, penambahan ini berkembang menjadi antara 50 dan 100 (atau lebih) ECU dan rangkaian kabel sepanjang 4 km (2.5 mil), dan seringkali lebih.
Pendekatan ini sederhana dan langsung. Namun, arsitektur terdistribusi tidak lagi cocok karena besarnya volume kabel, inefisiensi listrik dalam distribusi daya, pertimbangan keandalan (termasuk keamanan siber), serta pertimbangan biaya dan keselamatan. Selain itu, setiap fungsi tambahan memerlukan koneksi jaringannya sendiri selain daya DC-nya.
Ketika arsitektur terdistribusi menjadi kewalahan, para perancang beralih ke arsitektur “domain” dengan jaringan distribusi daya yang sebagian terdesentralisasi (gambar tengah). Dalam pendekatan ini, fungsi-fungsi seperti ADAS, infotainment, dan telematika dikelompokkan secara logis, dan masing-masing memiliki prosesornya sendiri. Meskipun pendekatan domain ini masuk akal, namun sebenarnya pendekatan ini dapat meningkatkan jumlah kabel dan sambungan, sehingga meningkatkan bobot kendaraan, kehilangan daya, dan biaya. Agak berlawanan dengan intuisi, arsitektur ini pada akhirnya merupakan cara paling efisien untuk mengatur sistem kelistrikan dan distribusi daya kendaraan.
Beberapa tahun ke depan, akan terjadi peralihan ke arsitektur “zonal” yang sepenuhnya terpusat. Dengan arsitektur ini, sistem dikelompokkan secara logis dan fisik ke dalam zona yang dapat diatur secara efisien. Di setiap zona, satu prosesor yang kuat mengelola semua fungsi, dan zona tersebut didukung oleh satu unit distribusi daya, bukan serangkaian unit yang sangat terlokalisasi; juga, ada koneksi jaringan tunggal untuk zona tersebut (Ethernet dan lainnya).
Dengan mendekatkan ECU ke aktuator dan sensor, diperlukan lebih sedikit kabel dan koneksi, dengan manfaat yang jelas dan tidak jelas. Panjang kabel diperpendek secara signifikan melalui penempatan perangkat yang dioptimalkan, dan beberapa kabel dihilangkan melalui integrasi fungsional. Kabel yang lebih tipis dan fleksibel untuk arus yang lebih rendah pada tegangan yang lebih tinggi dapat digunakan sebagai pengganti kabel kawat yang lebih berat, bulat, dan terdampar. Hal ini mengurangi biaya BOM, menyederhanakan pengoperasian kabel, dan lebih kondusif untuk penanganan, perakitan, dan pemasangan robotik dalam produksi (keuntungan yang sering diabaikan).
Implikasi zonal mencakup penerapan sistem tegangan tinggi yang lebih mudah. Meskipun sistem daya 12V telah menjadi standar selama beberapa dekade, arsitektur zonal memerlukan 48V untuk mendukung konsumsi daya yang lebih tinggi dan persyaratan redundansi. Ini bukanlah perubahan radikal, karena banyak mobil sudah memiliki baterai 12V dan 48V. Jaringan listrik 48-V menghasilkan kehilangan daya yang lebih rendah dan memungkinkan penggunaan kabel yang lebih ringan (Gambar 4).
Bagian selanjutnya akan mengeksplorasi implikasi arsitektur zonal dan bagaimana konverter DC/DC canggih dapat menghilangkan baterai 12-V dan bahkan mungkin baterai 48-V.
Konten EE World terkait
FAQ tentang magnet untuk daya dan pengapian, Bagian 1
FAQ tentang magnet untuk daya dan pengapian, Bagian 2
FAQ tentang motor traksi, bagian 1
FAQ tentang motor traksi, bagian 2
FAQ tentang motor traksi, bagian 3
Portofolio konektor ujung ke ujung memenuhi kebutuhan sistem kelistrikan kendaraan 48-V
Meningkatkan kinerja dalam distribusi daya 48-V
Otonom TeknologiPengaruh Yang Tumbuh Pada Pembenahan Sistem Kelistrikan Kendaraan
Mengoptimalkan jaringan penyaluran tenaga listrik
Referensi eksternal
Sistem Desain Irama, “Apa Itu Arsitektur Zonal? Dan Mengapa Hal Ini Meningkatkan Rantai Pasokan Otomotif?”
Vicor Corp., “Sistem 48V: Apa yang perlu Anda ketahui saat produsen mobil mengucapkan selamat tinggal pada 12V”
Vicor Corp., “Kendaraan Listrik: 48V adalah 12V baru”
Vicor Corp., “Tesla Cybertruck akan menghilangkan komponen listrik 12V”
Konektivitas TE, “Konektivitas dalam Arsitektur E/E Otomotif Generasi Berikutnya”
Infineon, “Sistem distribusi tenaga otomotif”
Clore Automotive, “Evolusi Baterai Otomotif”
Sistem Baterai Kontinental, “Evolusi Baterai Mobil – Dari Teknologi Lama hingga MIXTECH”
MDPI, “Karakteristik Sistem Manajemen Baterai Kendaraan Listrik dengan Pertimbangan Proses Penyeimbangan Sel Aktif dan Pasif”
ResearchGate, “Pendekatan Sistematis untuk Pengembangan Arsitektur Sistem Tenaga Listrik Otomotif”
Di dalam EV, “Tesla Konfirmasi Peralihan ke Sistem 48 Volt”
Texas Instruments, “Memproses Keunggulan Arsitektur Zona dalam Otomotif”