Se algo não pode continuar, não irá; suprir as vorazes demandas elétricas do automóvel a partir de uma bateria de 12 V é um exemplo dessa realidade.
Os carros de hoje - sejam baseados no tradicional motor de combustão interna (ICE), em alguma forma de veículo elétrico híbrido (HEV) ou mesmo em um veículo elétrico puro (EV) - são carregados com eletrônicos, sensores, unidades de controle, recursos de segurança, recursos avançados de condução. -sistema de assistência (ADAS), sistemas de infoentretenimento, dezenas de pequenos motores e grandes motores de tração (para EVs/HEVs). É um grande desafio fornecer, gerenciar e fornecer a energia/potência elétrica necessária. Ao mesmo tempo, a dissipação do calor inevitável é uma consequência inevitável desta situação de energia.
Essa demanda cada vez maior por mais energia chegou a um ponto em que não é possível continuar usando apenas a bateria de chumbo-ácido de 12 V. Essa bateria não pode fornecer energia e, mesmo que pudesse, os cabos pesados necessários para manter as perdas em um nível aceitável aumentam o custo, o peso, o volume, os problemas de roteamento e as restrições de montagem. Se você já viu quilômetros de cabeamento e seus grandes conectores em um carro moderno, muitos deles grossos e inflexíveis, você sabe que há um problema.
A mudança está aqui, com mais por vir
É claro que as necessidades de energia dos carros de hoje são várias ordens de grandeza maiores do que as de há mais de 100 anos. De quanta potência um carro precisa (ignorando os motores de tração)? Uma perspectiva mostra o aumento inexorável e dramático, excepto uma pequena queda no período de 1970 (possivelmente devido ao embargo do petróleo árabe e à escassez de gás?); Figura 1 mostra isso.
Uma breve olhada na evolução da bateria por si só é ilustrativa. Os primeiros carros não tinham bateria alguma! Para ligar um carro, o motorista acionava o motor manualmente para iniciar o movimento rotativo. A energia para a(s) vela(s) de ignição vinha de um magneto, um gerador rudimentar, mas suficientemente eficaz, conectado ao motor. Com efeito, o carro acionado criava sua própria energia para a vela de ignição, uma vez acionada e virada.
Quando a partida elétrica foi introduzida no período de 1910 a 1920, ela usava uma bateria de 6 V. Essa bateria era adequada mesmo com a adição do rádio de tubo a vácuo, que consumia muita energia, em meados da década de 1920. A chave para a capacidade de usar uma bateria modesta de 6 V para o motor de arranque e o rádio foi que ambos não foram usados ao mesmo tempo e que o cabo de alimentação que vai da bateria ao motor de arranque e ao rádio era curto e direto, minimizando assim as perdas.
No início da década de 1950, as cargas adicionais no sistema elétrico do carro aumentaram com a adição de opções de energia, como mais iluminação, ar condicionado e direção hidráulica. Para minimizar as exigências eléctricas, muitas destas opções eram alimentadas mecanicamente por correias que funcionavam a partir do motor do carro, com electricidade utilizada para controlo, mas não energia bruta.
No entanto, as cargas aumentaram além do que a bateria de 6 V poderia suportar. A indústria mudou para baterias de 12 V para fornecer mais energia disponível e também para reduzir perdas e permitir o uso de cabos mais finos que transportam tensões mais altas, mas com amperagem mais baixa (Figura 2).
A solução de 12 V durou mais de 50 anos, o que é um histórico impressionante, e o diagrama de interconexão da rede de distribuição de energia (PDN) era simples, pelo menos em princípio (Figura 3).
No entanto, muitas cargas adicionais foram adicionadas na forma de recursos modernos. Ao mesmo tempo, as funções existentes, como a direção assistida acionada pelo motor, foram transferidas para assistência por motor elétrico para melhor controle. O resultado foi um PDN mais complicado (houve algum movimento inicial em direção à atualização para uma bateria de 24 V na década de 1990, mas isso nunca pegou. Os benefícios não superaram a natureza arraigada da cadeia de fornecimento de 12 V, fabricação, e experiência) (Figura 4).
Avancemos para o dia 21st século, e o 12 V está perdendo força, para usar uma metáfora mista. A queda de IR e a perda de tensão ao usar 12 V para funções eletrônicas é um problema que pode ser resolvido, até certo ponto, através do uso de reguladores locais adequados em cada placa de circuito. EU2O aquecimento R Joule e a perda de potência associada, no entanto, são um problema para o qual não há recurso, pois essa energia é desperdiçada e não recuperável, enquanto a dissipação de calor associada aumenta a carga térmica do carro.
A próxima seção continua esta discussão.
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Referências externas
Cadence Design Systems, “O que é arquitetura zonal? E por que isso está alterando a cadeia de suprimentos automotiva?”
Vicor Corp., “Sistemas 48V: O que você precisa saber enquanto as montadoras dizem adeus ao 12V”
Vicor Corp., “Veículos Elétricos: 48V é o novo 12V”
Vicor Corp., “Tesla Cybertruck eliminará componentes elétricos de 12V”
TE Connectivity, “Conectividade em arquiteturas E/E automotivas de próxima geração”
Infineon, “Sistema de distribuição de energia automotiva”
Clore Automotive, “A Evolução da Bateria Automotiva”
Continental Battery Systems, “Evolução da bateria de carro – da tecnologia antiga ao MIXTECH”
MDPI, “Características dos Sistemas de Gerenciamento de Baterias de Veículos Elétricos Considerando o Processo de Balanceamento de Células Ativo e Passivo”
ResearchGate, “Uma abordagem sistemática para o desenvolvimento de arquiteturas de sistemas de energia elétrica automotiva”
Dentro dos EVs, “Tesla confirma a mudança para o sistema de 48 volts”
Texas Instruments, “Processando as vantagens da arquitetura de zona no setor automotivo”