Если что-то не может продолжаться, оно не будет; Обеспечение ненасытных электрических потребностей автомобиля от аккумулятора напряжением 12 В является примером такой реальности.
Сегодняшние автомобили — будь то на основе традиционного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), гибридного электромобиля (HEV) или даже чистого электромобиля (EV) — загружены электроникой, датчиками, блоками управления, функциями безопасности, продвинутыми водителями. -система помощи (ADAS), информационно-развлекательные системы, десятки маленьких и больших тяговых двигателей (для электромобилей/ГЭМ). Это серьезная задача — обеспечить, управлять и доставлять необходимую электрическую энергию/мощность. В то же время рассеивание неизбежного тепла является неизбежным следствием такой ситуации с питанием.
Постоянно растущий спрос на большую мощность достиг точки, когда невозможно продолжать использовать только свинцово-кислотную батарею на 12 В. Эта батарея не может обеспечить питание, и даже если бы она могла, кабели толстого сечения, необходимые для поддержания потерь на приемлемом уровне, увеличивают стоимость, вес, объем, проблемы с прокладкой и ограничения при сборке. Если вы хотя бы видели километры кабелей и их большие разъемы в современном автомобиле, большая часть которых имеет толщину 12-го калибра и негибкие, вы знаете, что есть проблема.
Изменения уже здесь, и впереди еще больше
Конечно, потребности сегодняшних автомобилей в мощности на несколько порядков выше, чем те, что были более 100 лет назад. Какая мощность нужна автомобилю (без учета тяговых двигателей)? Одна перспектива показывает неумолимый и резкий подъем, за исключением небольшого спада в период 1970 года (возможно, из-за арабского нефтяного эмбарго и нехватки газа?); Рисунок 1 показывает это.
Показательным является лишь краткий взгляд на эволюцию батареи. Первые автомобили вообще не имели аккумулятора! Чтобы завести автомобиль, водитель вручную проворачивал двигатель, чтобы начать вращательное движение. Питание свечей зажигания осуществлялось от магнето, примитивного, но достаточно эффективного генератора, прикрепленного к двигателю. По сути, провернутый автомобиль создал собственную энергию для свечи зажигания, как только ее провернули и перевернули.
Когда в период с 1910 по 1920 год был представлен электростартер, в нем использовалась батарея напряжением 6 В. Этой батареи хватило даже с появлением в середине 1920-х годов энергоемкого лампового радиоприемника. Ключом к возможности использовать скромную 6-вольтовую батарею для стартера и радио было то, что они не использовались одновременно, а силовой кабель, идущий от аккумулятора к стартеру, и радио были короткими и прямыми, что сводило к минимуму потери.
К началу 1950-х годов дополнительные нагрузки на электрическую систему автомобиля увеличились с появлением дополнительных опций электропитания, таких как усиление освещения, кондиционер и гидроусилитель руля. Чтобы свести к минимуму потребление электроэнергии, многие из этих вариантов приводились в движение механически с помощью ремней, приводящих в движение двигатель автомобиля, при этом для управления использовалось электричество, а не чистая мощность.
Тем не менее, нагрузки возросли сверх того, что могла выдержать батарея 6 В. Промышленность перешла на аккумуляторы на 12 В, чтобы обеспечить больше доступной энергии, а также снизить потери и позволить использовать более тонкие кабели, пропускающие более высокое напряжение, но с меньшей силой тока (Рисунок 2).
Решение на 12 В просуществовало более 50 лет, что является впечатляющим послужным списком, а схема соединений распределительной сети (PDN) была простой, по крайней мере, в принципе (Рисунок 3).
Однако было добавлено множество дополнительных нагрузок в виде современных функций. В то же время существующие функции, такие как гидроусилитель рулевого управления с приводом от двигателя, были заменены электродвигателем для лучшего управления. Результатом стала более сложная PDN (в 24-х годах были некоторые попытки перейти на аккумуляторную батарею на 1990 В, но это так и не прижилось. Преимущества не перевесили укоренившуюся природу цепочки поставок 12 В, производство, и экспертиза)(Рисунок 4).
Перенесемся в 21 числоst столетия, а напряжение 12 В выдыхается, если использовать смешанную метафору. Падение ИК-излучения и потеря напряжения при использовании 12 В для электронных функций являются проблемой, но ее можно в некоторой степени решить за счет использования подходящих местных регуляторов на каждой печатной плате. я2Однако R-Джоулевый нагрев и связанные с ним потери мощности представляют собой проблему, от которой нет решения, поскольку эта мощность тратится впустую и не подлежит восстановлению, а связанное с этим рассеяние тепла увеличивает тепловую нагрузку на автомобиль.
Следующий раздел продолжает это обсуждение.
Связанный контент EE World
FAQ по магнето по мощности и зажиганию, часть 1
FAQ по магнето по мощности и зажиганию, часть 2
FAQ по тяговым двигателям, часть 1
FAQ по тяговым двигателям, часть 2
FAQ по тяговым двигателям, часть 3
Ассортимент комплексных разъемов отвечает потребностям автомобильных электрических систем с напряжением 48 В.
Повышение производительности при распределении электроэнергии 48 В
Растущее влияние автономных технологий на модернизацию автомобильных электрических систем
Оптимизация сетей электроснабжения
Внешние ссылки
Cadence Design Systems, «Что такое зональная архитектура? И почему это разрушает цепочку поставок автомобильной продукции?»
Vicor Corp., «Системы 48 В: что нужно знать, поскольку автопроизводители прощаются с 12 В»
Корпорация Vicor, «Электромобили: 48 В — это новые 12 В»
Vicor Corp.: «Tesla Cybertruck откажется от электрических компонентов на 12 В»
TE Connectivity, «Коммуникационные возможности в автомобильных электротехнических архитектурах нового поколения»
Infineon, «Автомобильная система распределения энергии»
Clore Automotive, «Эволюция автомобильного аккумулятора»
Continental Battery Systems, «Эволюция автомобильных аккумуляторов – от старых технологий до MIXTECH»
MDPI, «Характеристики систем управления батареями электромобилей с учетом процесса балансировки активных и пассивных ячеек»
ResearchGate, «Систематический подход к разработке архитектуры автомобильных электроэнергетических систем»
Внутри электромобилей: «Tesla подтверждает переход на систему 48 В»
Texas Instruments, «Обработка преимуществ зонной архитектуры в автомобилестроении»