Jika sesuatu tidak boleh diteruskan, ia tidak akan; membekalkan permintaan elektrik yang rakus kereta daripada bateri 12-V adalah contoh realiti ini.
Perubahan topologi menjejaskan sumber bateri
Disebabkan isu 12-V, banyak kenderaan ICE yang lebih baharu dan hampir semua EV/HEV juga mempunyai bateri 48-V. Bateri ini menyediakan beban yang lebih cekap dikuasakan oleh voltan yang lebih tinggi sambil mengekalkan sumber 12-V untuk beban arus yang lebih rendah.
Penukar 48-V DC/DC biasanya direka untuk membolehkan tenaga elektrik mengalir dua hala dari satu bateri ke yang lain mengikut keperluan, di bawah arahan pengurusan bateri (BMS) yang canggih untuk mengimbangi sumber tenaga secara optimum berbanding permintaan beban (Rajah 1).
Pengurusan bateri telah menjadi sistem yang sangat rumit walaupun nampak kesederhanaannya dalam rajah bock peringkat tinggi (Rajah 2).
Walau bagaimanapun, bukan sahaja voltan bateri asas yang telah meningkat. Tuntutan sistem telah mendorong pereka bentuk untuk membuat semula topologi asas tentang cara voltan dan kuasa bateri diagihkan dan ditukar kepada rel voltan rendah untuk elektronik sambil turut menawarkan voltan yang lebih tinggi untuk beban kuasa yang lebih tinggi seperti motor aksesori, penguat audio dalam puluhan dan ratusan watt, dan banyak lagi.
Kapasiti tenaga bateri EV moden boleh berjulat daripada kira-kira 30 kWj dalam EV kecil seperti Mini Cooper SE hingga lebih 200 kWj dalam EV yang besar dan berkuasa seperti trak GMC Hummer EV. Rajah 3 menunjukkan evolusi sebenar dan ke mana arahnya.
Apabila kereta menjadi "elektronik dan komputer" pada roda (imej kiri), pereka bentuk menggunakan topologi teragih dengan nod pusat. Dengan seni bina ini, mereka boleh menambah fungsi baharu hanya dengan menambah unit kawalan elektronik (ECU) baharu. Selama bertahun-tahun, penambahan ini berkembang kepada antara 50 dan 100 (atau lebih) ECU dan sebanyak 4 km (2.5 batu) abah-abah pendawaian, dan selalunya lebih.
Pendekatan ini mudah dan langsung. Walau bagaimanapun, seni bina teragih tidak lagi sesuai kerana jumlah pendawaian yang banyak, ketidakcekapan elektrik dalam pengagihan kuasa, pertimbangan kebolehpercayaan (termasuk keselamatan siber), dan pertimbangan kos dan keselamatan. Selain itu, setiap fungsi tambahan memerlukan sambungan rangkaiannya sebagai tambahan kepada kuasa DCnya.
Memandangkan seni bina yang diedarkan telah menjadi terharu, pereka bentuk beralih kepada seni bina "domain" dengan rangkaian pengagihan kuasa yang sebahagiannya terdesentralisasi (imej tengah). Dalam pendekatan ini, fungsi seperti ADAS, infotainment dan telematik dikumpulkan secara logik, dengan masing-masing mempunyai pemproses sendiri. Walaupun pendekatan domain ini masuk akal secara logik, ia sebenarnya boleh meningkatkan jumlah pendawaian dan sambungan, oleh itu meningkatkan berat kenderaan, kehilangan kuasa dan kos. Agak berlawanan dengan intuisi, seni bina ini akhirnya semestinya merupakan cara yang paling cekap untuk mengatur sistem pengagihan elektrik dan kuasa kenderaan.
Melihat ke hadapan beberapa tahun lagi, terdapat peralihan kepada seni bina "zon" terpusat sepenuhnya. Dengan seni bina ini, sistem secara logik dan fizikal dikumpulkan ke dalam zon yang boleh diatur dengan cekap. Dalam setiap zon, pemproses tunggal yang berkuasa menguruskan semua fungsi, dan zon dikuasakan oleh unit pengagihan kuasa tunggal dan bukannya susunan unit yang sangat setempat; juga, terdapat sambungan rangkaian tunggal untuk zon (Ethernet dan lain-lain).
Dengan mengalihkan ECU lebih dekat kepada penggerak dan penderia, kurang pendawaian dan lebih sedikit sambungan diperlukan, dengan faedah yang jelas dan tidak jelas. Panjang larian kabel dipendekkan dengan ketara melalui penempatan peranti yang dioptimumkan, dan beberapa kabel dihapuskan melalui penyepaduan berfungsi. Pengkabelan yang lebih nipis dan fleksibel untuk arus yang lebih rendah pada voltan yang lebih tinggi boleh digunakan sebagai ganti kabel wayar yang lebih berat, bulat dan terkandas. Ini mengurangkan kos BOM, memudahkan penggunaan kabel dan lebih kondusif untuk pengendalian robotik, pemasangan dan pemasangan dalam pengeluaran (manfaat yang mudah diabaikan).
Implikasi zon termasuk pelaksanaan sistem voltan tinggi yang lebih mudah. Walaupun sistem kuasa 12-V telah menjadi kebiasaan selama beberapa dekad, seni bina zon memerlukan 48 V untuk menyokong penggunaan kuasa yang lebih tinggi dan keperluan redundansi. Ini bukan perubahan radikal, kerana banyak kereta sudah mempunyai pek bateri 12-V dan 48-V. Jaringan kuasa 48-V memberikan kehilangan kuasa yang lebih rendah dan membolehkan abah-abah pendawaian yang lebih ringan (Rajah 4).
Bahagian seterusnya akan meneroka implikasi seni bina zon dan cara penukar DC/DC canggih boleh menghapuskan bateri 12-V dan mungkin juga bateri 48-V.
Kandungan EE World yang berkaitan
Soalan Lazim tentang magnet untuk kuasa dan penyalaan, Bahagian 1
Soalan Lazim tentang magnet untuk kuasa dan penyalaan, Bahagian 2
Soalan Lazim mengenai motor daya tarikan, bahagian 1
Soalan Lazim mengenai motor daya tarikan, bahagian 2
Soalan Lazim mengenai motor daya tarikan, bahagian 3
Portfolio penyambung hujung ke hujung memenuhi keperluan sistem elektrik kenderaan 48-V
Meningkatkan prestasi dalam pengagihan kuasa 48-V
Otonomi TeknologiPengaruh Yang Berkembang Terhadap Membaikpulih Sistem Elektrik Kenderaan
Mengoptimumkan rangkaian penghantaran kuasa
Rujukan luaran
Sistem Reka Bentuk Irama, "Apakah Seni Bina Zonal? Dan Mengapa Ia Menaikkan Rantaian Bekalan Automotif?”
Vicor Corp., "Sistem 48V: Apa yang anda perlu tahu semasa pembuat kereta mengucapkan selamat tinggal kepada 12V"
Vicor Corp., "Kenderaan Elektrik: 48V ialah 12V baharu"
Vicor Corp., "Tesla Cybertruck akan menghapuskan komponen elektrik 12V"
Kesambungan TE, "Kesambungan dalam Seni Bina E/E Automotif Generasi Seterusnya"
Infineon, "Sistem pengagihan kuasa automotif"
Clore Automotive, "Evolusi Bateri Automotif"
Sistem Bateri Continental, "Evolusi Bateri Kereta - Daripada Teknologi Lama kepada MIXTECH"
MDPI, "Ciri-ciri Sistem Pengurusan Bateri Kenderaan Elektrik dengan Pertimbangan Proses Pengimbangan Sel Aktif dan Pasif"
ResearchGate, "Pendekatan Sistematik untuk Pembangunan Seni Bina Sistem Kuasa Elektrik Automotif"
Di dalam EV, "Tesla Mengesahkan Tukar Kepada Sistem 48 Volt"
Texas Instruments, "Memproses Kelebihan Seni Bina Zon dalam Automotif"