אם משהו לא יכול להימשך, הוא לא ימשיך; אספקת הדרישות החשמליות הרעילות של המכונית מסוללת 12V היא דוגמה למציאות זו.
המכוניות של היום - בין אם מבוססות על מנוע הבעירה הפנימית המסורתי (ICE), צורה כלשהי של רכב חשמלי היברידי (HEV), או אפילו רכב חשמלי טהור (EV) - עמוסות באלקטרוניקה, חיישנים, יחידות בקרה, תכונות בטיחות, נהג מתקדם -מערכת סיוע (ADAS), מערכות מידע בידור, עשרות מנועים קטנים ומנועי מתיחה גדולים (עבור EVs/HEVs). זה אתגר גדול לספק, לנהל ולספק את האנרגיה/הכוח החשמלי הנדרשים. יחד עם זאת, פיזור החום הבלתי נמנע הוא תוצאה בלתי נמנעת של מצב הכוח הזה.
הדרישה ההולכת וגוברת הזו ליותר כוח הגיעה לנקודה שבה היא לא יכולה להמשיך להשתמש רק בסוללת עופרת חומצה 12V. הסוללה הזו לא יכולה לספק את הכוח, וגם אם היא יכולה, הכבלים הכבדים הדרושים כדי לשמור על הפסדים ברמה מקובלת מוסיפים לעלות, משקל, נפח, בעיות ניתוב ומגבלות ההרכבה. אם אפילו ראית את הקילומטרים של הכבלים והמחברים הגדולים שלהם במכונית מודרנית, חלקם הגדול בעובי 12 ג'וג' ולא גמיש, אתה יודע שיש בעיה.
השינוי כבר כאן, ויבואו עוד
כמובן שצורכי החשמל של המכוניות של היום גדולות בכמה סדרי גודל מאלה של לפני 100+ שנים. כמה כוח צריכה מכונית (בהתעלם ממנועי המתיחה)? נקודת מבט אחת מראה את העלייה הבלתי נמנעת והדרמטית, למעט צניחה קטנה בתקופת 1970 (אולי בגלל אמברגו הנפט הערבי ומחסור בגז?); איור 1 מראה את זה.
מבט קצר על התפתחות הסוללה בלבד הוא המחשה. למכוניות הראשונות לא הייתה סוללה כלל! כדי להתניע מכונית, הנהג הניע את המנוע ביד כדי להפעיל תנועה סיבובית. הכוח למצת/ים הגיע ממגנטו, גנרטור גולמי אך יעיל מספיק המחובר למנוע. למעשה, המכונית המרוכזת יצרה אנרגיה משלה עבור המצת ברגע שהסתובב והתהפך.
כאשר הסטרטר החשמלי הוצג בתקופה של 1910 עד 1920, הוא השתמש בסוללה של 6V. הסוללה הזו הייתה מספקת אפילו עם הוספת רדיו שפופרת הוואקום הזולל החשמל באמצע שנות ה-1920. המפתח ליכולת להשתמש בסוללה צנועה של 6V עבור המתנע והרדיו היה ששניהם לא היו בשימוש בו-זמנית וכי כבל החשמל העובר מהסוללה אל המתנע והרדיו היו קצרים וישירים, ובכך מזער הפסדים.
בתחילת שנות ה-1950 גדלו העומסים הנוספים על מערכת החשמל של המכונית עם תוספת של אפשרויות כוח כמו יותר תאורה, מיזוג אוויר והגה כוח. כדי לצמצם את הדרישות החשמליות, רבות מהאפשרויות הללו הונעו באופן מכני על ידי חגורות שיוצאות מהמנוע של המכונית, כאשר החשמל שימש לשליטה אך לא כוח גולמי.
עם זאת, העומסים גדלו מעבר למה שסוללת ה-6V יכולה לתמוך. התעשייה עברה לסוללות 12V כדי לספק יותר אנרגיה זמינה וגם כדי לצמצם הפסדים ולאפשר שימוש בכבלים דקים יותר הנושאים מתחים גבוהים יותר אך בעוצמה נמוכה יותר (איור 2).
פתרון ה-12-V החזיק מעמד למעלה מ-50 שנה, שזה רקורד מרשים, ותרשים החיבורים של רשת חלוקת החשמל (PDN) היה פשוט, לפחות באופן עקרוני (איור 3).
עם זאת, נוספו עומסים רבים נוספים בצורה של תכונות מודרניות. במקביל, פונקציות קיימות, כגון הגה כוח מונע מנוע, עברו לסיוע מנוע חשמלי לשליטה טובה יותר. התוצאה הייתה PDN מסובך יותר (הייתה תנועה ראשונית כלשהי לקראת שדרוג לחבילת 24V בשנות ה-1990, אבל זה מעולם לא תפס. היתרונות לא עלו על האופי המושרש של שרשרת האספקה של 12V, ייצור, ומומחיות) (איור 4).
הבזק קדימה ל-21st המאה, ו-12 V אוזלים מהקיטור, אם להשתמש במטאפורה מעורבת. ירידת ה-IR ואובדן המתח בעת שימוש ב-12V עבור פונקציות אלקטרוניות היא בעיה, אך כזו שניתן להכיל, במידה מסוימת, באמצעות שימוש בווסים מקומיים מתאימים בכל לוח מעגלים. אני2עם זאת, חימום R Joule ואובדן הספק הנלווה לכך, היא בעיה שאין לה מנוס ממנה, שכן הכוח הזה מבוזבז ואינו ניתן לשחזור, בעוד פיזור החום הנלווה מוסיף לעומס התרמי על המכונית.
החלק הבא ממשיך את הדיון הזה.
תוכן EE World קשור
שאלות נפוצות על מגנטים עבור כוח והצתה, חלק 1
שאלות נפוצות על מגנטים עבור כוח והצתה, חלק 2
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 1
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 2
שאלות נפוצות על מנועי מתיחה, חלק 3
תיק מחברים מקצה לקצה עונה על הצרכים של מערכות חשמל 48V לרכב
שיפור הביצועים בחלוקת כוח 48V
ההשפעה הגוברת של טכנולוגיה אוטונומית על שיפוץ מערכות חשמליות לרכב
אופטימיזציה של רשתות אספקת חשמל
הפניות חיצוניות
מערכות עיצוב קיידנס, "מהי אדריכלות אזורית? ולמה זה משפר את שרשרת האספקה לרכב?"
Vicor Corp., "מערכות 48V: מה שאתה צריך לדעת כשיצרניות רכב נפרדות מ-12V"
Vicor Corp., "רכבים חשמליים: 48V הוא ה-12V החדש"
Vicor Corp., "Tesla Cybertruck תבטל רכיבים חשמליים של 12V"
TE Connectivity, "קישוריות בארכיטקטורות E/E לרכב מהדור הבא"
אינפינאון, "מערכת חלוקת כוח לרכב"
Clore Automotive, "האבולוציה של סוללת הרכב"
מערכות סוללות קונטיננטל, "אבולוציה של סוללת רכב - מהטכנולוגיה הישנה ל-MIXTECH"
MDPI, "מאפיינים של מערכות ניהול סוללות של כלי רכב חשמליים תוך התחשבות בתהליך איזון התאים האקטיבי והפסיבי"
ResearchGate, "גישה שיטתית לפיתוח ארכיטקטורות מערכת החשמל לרכב"
בתוך רכבי EV, "טסלה מאשרת את המעבר למערכת 48 וולט"
טקסס אינסטרומנטס, "עיבוד היתרונות של ארכיטקטורת אזורים ברכב"