Se qualcosa non può andare avanti, non andrà avanti; la fornitura del vorace fabbisogno elettrico dell'automobile con una batteria da 12 V è un esempio di questa realtà.
Le auto di oggi, siano esse basate sul tradizionale motore a combustione interna (ICE), su una qualche forma di veicolo elettrico ibrido (HEV) o anche su un veicolo elettrico puro (EV), sono ricche di elettronica, sensori, unità di controllo, funzionalità di sicurezza, driver avanzati -sistema di assistenza (ADAS), sistemi di infotainment, decine di piccoli motori e grandi motori di trazione (per veicoli elettrici/HEV). È una sfida importante fornire, gestire e fornire l'energia/potenza elettrica richiesta. Allo stesso tempo, dissipare l’inevitabile calore è una conseguenza inevitabile di questa situazione di potere.
Questa richiesta sempre crescente di maggiore potenza ha raggiunto un punto in cui non è più possibile continuare a utilizzare solo la batteria al piombo da 12 V. Quella batteria non può fornire l'energia e, anche se potesse, i cavi di grosso spessore necessari per mantenere le perdite a un livello accettabile si aggiungono al costo, al peso, al volume, ai problemi di instradamento e ai vincoli di assemblaggio. Se avete visto i chilometri di cavi e i loro grandi connettori in un'auto moderna, la maggior parte dei quali spessi 12 e poco flessibili, sapete che c'è un problema.
Il cambiamento è qui, e altri ne arriveranno
Naturalmente, il fabbisogno energetico delle auto di oggi è di molti ordini di grandezza maggiore rispetto a quello di oltre 100 anni fa. Di quanta potenza ha bisogno un'auto (ignorando i motori di trazione)? Una prospettiva mostra l’inesorabile e drammatica crescita, fatta eccezione per un piccolo calo nel periodo del 1970 (forse a causa dell’embargo petrolifero arabo e della carenza di gas?); Figure 1
mostra questo.
Un breve sguardo all'evoluzione della batteria è illustrativo. Le prime auto non avevano alcuna batteria! Per avviare un'auto, il conducente azionava a mano il motore per avviare il movimento rotatorio. L'energia per le candele proveniva da un magnete, un generatore rozzo ma sufficientemente efficace collegato al motore. In effetti, l'auto a gomito creava la propria energia per la candela una volta avviata e girata.
Quando venne introdotto l'avviamento elettrico, tra il 1910 e il 1920, veniva utilizzata una batteria da 6 V. Quella batteria era adeguata anche con l’aggiunta della radio a valvole, assetata di energia, a metà degli anni ’1920. La chiave per poter utilizzare una modesta batteria da 6 V per il motorino di avviamento e la radio era che entrambi non venivano utilizzati contemporaneamente e che il cavo di alimentazione dalla batteria al motorino di avviamento e alla radio era corto e diretto, riducendo così al minimo le perdite.
All'inizio degli anni '1950, i carichi aggiuntivi sull'impianto elettrico dell'auto aumentarono con l'aggiunta di opzioni di alimentazione come più luci, aria condizionata e servosterzo. Per ridurre al minimo le richieste elettriche, molte di queste opzioni erano alimentate meccanicamente da cinghie collegate al motore dell'auto, con l'elettricità utilizzata per il controllo ma non per la potenza pura.
Tuttavia, i carichi sono aumentati oltre ciò che la batteria da 6 V poteva supportare. L’industria è passata alle batterie da 12 V per fornire più energia disponibile e anche per ridurre le perdite e consentire l’uso di cavi più sottili che trasportano tensioni più elevate ma con amperaggio inferiore (Figure 2 ).
La soluzione a 12 V è durata oltre 50 anni, un track record impressionante, e lo schema di interconnessione della rete di distribuzione dell'energia (PDN) era semplice, almeno in linea di principio (Figure 3 ).
Tuttavia, sono stati aggiunti molti carichi aggiuntivi sotto forma di funzionalità moderne. Allo stesso tempo, le funzioni esistenti, come il servosterzo azionato dal motore, sono passate all’assistenza del motore elettrico per un migliore controllo. Il risultato è stato un PDN più complicato (ci fu un movimento iniziale verso l’aggiornamento a un pacco batteria da 24 V negli anni ’1990, ma questo non prese mai piede. I vantaggi non superarono la natura radicata della catena di fornitura, produzione, e competenza) (Figure 4 ).
Facciamo un salto in avanti fino alle 21st secolo, e il 12 V è a corto di energia, per usare una metafora mista. La caduta IR e la perdita di tensione quando si utilizzano 12 V per le funzioni elettroniche è un problema che può essere risolto, in una certa misura, attraverso l'uso di adeguati regolatori locali su ciascun circuito. IO2Il riscaldamento R Joule e la relativa perdita di potenza, tuttavia, sono un problema per il quale non è possibile ricorrere, poiché tale potenza è sprecata e non recuperabile, mentre la dissipazione di calore associata si aggiunge al carico termico sull'auto.
La sezione successiva continua questa discussione.
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