หากบางสิ่งไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ มันก็จะไม่เกิดขึ้น การจัดหาความต้องการไฟฟ้าอันมหาศาลของรถยนต์จากแบตเตอรี่ 12 โวลต์เป็นตัวอย่างหนึ่งของความเป็นจริงนี้
รถยนต์ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิม (ICE), รถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV) บางรูปแบบ หรือแม้แต่รถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ (EV) ล้วนเต็มไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ ชุดควบคุม คุณลักษณะด้านความปลอดภัย ไดรเวอร์ขั้นสูง -ระบบช่วยเหลือ (ADAS) ระบบสาระบันเทิง มอเตอร์ขนาดเล็กหลายสิบตัว และมอเตอร์ฉุดขนาดใหญ่ (สำหรับ EV/HEV) การจัดหา จัดการ และส่งมอบพลังงานไฟฟ้า/พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ ในเวลาเดียวกัน การกระจายความร้อนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากสถานการณ์พลังงานนี้
ความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องนี้ถึงจุดที่ไม่สามารถใช้เพียงแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด 12 โวลต์ต่อไปได้ แบตเตอรี่นั้นไม่สามารถจ่ายไฟได้ และถึงแม้จะทำได้ก็ตาม สายเคเบิลขนาดใหญ่ที่จำเป็นเพื่อรักษาการสูญเสียให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ จะเพิ่มต้นทุน น้ำหนัก ปริมาตร ปัญหาเส้นทาง และข้อจำกัดในการประกอบ หากคุณเคยเห็นสายเคเบิลยาวหลายไมล์และขั้วต่อขนาดใหญ่ในรถยนต์สมัยใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่มีความหนา 12 เกจและไม่ยืดหยุ่น คุณก็รู้ว่ามีปัญหาเกิดขึ้น
การเปลี่ยนแปลงอยู่ที่นี่ และยังมีอีกมากมายที่จะตามมา
แน่นอนว่าความต้องการด้านพลังงานของรถยนต์ในปัจจุบันนั้นมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อ 100+ ปีที่แล้วอยู่หลายประการ รถยนต์ต้องการกำลังเท่าใด (โดยไม่สนใจมอเตอร์ฉุด) มุมมองหนึ่งแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้งและน่าทึ่ง ยกเว้นการลดลงเล็กน้อยในช่วงปี 1970 (อาจเป็นเพราะการคว่ำบาตรน้ำมันของอาหรับและการขาดแคลนก๊าซ); รูป 1 แสดงสิ่งนี้
การดูวิวัฒนาการของแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวโดยย่อเป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้น รถคันแรกไม่มีแบตเตอรี่เลย! ในการสตาร์ทรถ คนขับหมุนเครื่องยนต์ด้วยมือเพื่อเริ่มการเคลื่อนที่แบบหมุน กำลังของหัวเทียนมาจากแมกนีโตซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่หยาบแต่มีประสิทธิภาพเพียงพอซึ่งติดอยู่กับเครื่องยนต์ ผลที่ได้คือ รถที่หมุนอยู่ได้สร้างพลังงานของตัวเองให้กับหัวเทียนทันทีที่หมุนและพลิกกลับ
เมื่อมีการเปิดตัวสตาร์ทเตอร์ไฟฟ้าในช่วงปี 1910 ถึง 1920 มันใช้แบตเตอรี่ขนาด 6 โวลต์ แบตเตอรี่นั้นเพียงพอแม้จะมีการเพิ่มวิทยุหลอดสุญญากาศที่หิวโหยในช่วงกลางทศวรรษ 1920 กุญแจสำคัญของความสามารถในการใช้แบตเตอรี่ขนาด 6V สำหรับสตาร์ทเตอร์และวิทยุก็คือ ทั้งสองไม่ได้ใช้พร้อมกัน และสายไฟที่วิ่งจากแบตเตอรี่ไปยังสตาร์ทเตอร์ และวิทยุนั้นสั้นและตรงโดยตรง ดังนั้นจึงลดการสูญเสียให้เหลือน้อยที่สุด
ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ภาระเพิ่มเติมในระบบไฟฟ้าของรถยนต์เพิ่มขึ้นด้วยการเพิ่มตัวเลือกด้านพลังงาน เช่น แสงสว่าง เครื่องปรับอากาศ และพวงมาลัยเพาเวอร์ที่มากขึ้น เพื่อลดความต้องการใช้ไฟฟ้า ตัวเลือกต่างๆ เหล่านี้จำนวนมากได้รับการขับเคลื่อนด้วยกลไกโดยสายพานที่วิ่งออกจากเครื่องยนต์ของรถ โดยใช้ไฟฟ้าในการควบคุม แต่ไม่ใช่พลังงานดิบ
อย่างไรก็ตาม โหลดเพิ่มขึ้นเกินกว่าที่แบตเตอรี่ 6-V จะสามารถรองรับได้ อุตสาหกรรมเปลี่ยนมาใช้แบตเตอรี่ 12 โวลต์เพื่อให้พลังงานที่มีอยู่มากขึ้น และยังช่วยลดการสูญเสีย และอนุญาตให้ใช้สายเคเบิลที่บางกว่าซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแต่ใช้แอมแปร์ต่ำกว่า (รูป 2).
โซลูชัน 12-V มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 50 ปี ซึ่งเป็นผลงานที่น่าประทับใจ และแผนผังการเชื่อมต่อระหว่างเครือข่ายการกระจายพลังงาน (PDN) ก็เรียบง่าย อย่างน้อยก็ในหลักการ (รูป 3).
อย่างไรก็ตาม มีการเพิ่มโหลดเพิ่มเติมมากมายในรูปแบบของคุณสมบัติสมัยใหม่ ในขณะเดียวกัน ฟังก์ชันที่มีอยู่ เช่น พวงมาลัยเพาเวอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ ได้เปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อการควบคุมที่ดีขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้คือ PDN ที่ซับซ้อนมากขึ้น (มีการเคลื่อนไหวในช่วงแรกไปสู่การอัพเกรดเป็นชุดแบตเตอรี่ 24-V ในปี 1990 แต่ก็ไม่เคยเกิดขึ้น ประโยชน์ที่ได้รับไม่ได้เกินดุลธรรมชาติที่ยึดที่มั่นของห่วงโซ่อุปทาน 12-V การผลิต และความเชี่ยวชาญ) (รูป 4).
แฟลชไปข้างหน้าวันที่ 21st ศตวรรษ และ 12 V กำลังจะหมดลง เพื่อใช้คำอุปมาแบบผสม การลดลงของ IR และการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าเมื่อใช้ 12 V สำหรับฟังก์ชันอิเล็กทรอนิกส์เป็นปัญหา แต่อย่างใดอย่างหนึ่งที่สามารถรองรับได้ในระดับหนึ่ง โดยการใช้ตัวควบคุมท้องถิ่นที่เหมาะสมบนแผงวงจรแต่ละอัน ฉัน2อย่างไรก็ตาม การให้ความร้อนแบบจูลและการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้องนั้นเป็นปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้ เนื่องจากพลังงานนั้นจะสูญเปล่าและไม่สามารถกู้คืนได้ ในขณะที่การกระจายความร้อนที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มภาระความร้อนบนรถ
หัวข้อถัดไปจะกล่าวถึงการสนทนานี้ต่อไป
เนื้อหา EE World ที่เกี่ยวข้อง
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับแมกนีโตสำหรับพลังงานและการจุดระเบิด ตอนที่ 1
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับแมกนีโตสำหรับพลังงานและการจุดระเบิด ตอนที่ 2
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับมอเตอร์ฉุด ตอนที่ 1
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับมอเตอร์ฉุด ตอนที่ 2
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับมอเตอร์ฉุด ตอนที่ 3
กลุ่มผลิตภัณฑ์ตัวเชื่อมต่อแบบ end-to-end ตอบสนองความต้องการของระบบไฟฟ้ารถยนต์ 48-V
เพิ่มประสิทธิภาพในการจ่ายไฟ 48-V
อิทธิพลที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีอัตโนมัติต่อการปรับปรุงระบบไฟฟ้าของยานพาหนะ
การเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายการส่งพลังงาน
ข้อมูลอ้างอิงภายนอก
ระบบการออกแบบจังหวะ “สถาปัตยกรรมแบบโซนคืออะไร? และเหตุใดจึงต้องปรับปรุงห่วงโซ่อุปทานของยานยนต์”
Vicor Corp., “ระบบ 48V: สิ่งที่คุณต้องรู้เมื่อผู้ผลิตรถยนต์บอกลา 12V”
Vicor Corp. “ยานยนต์ไฟฟ้า 48V คือ 12V ใหม่”
Vicor Corp. “Tesla Cybertruck จะเลิกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า 12V”
TE Connectivity “การเชื่อมต่อในสถาปัตยกรรม E/E ของยานยนต์ยุคถัดไป”
Infineon “ระบบจำหน่ายไฟฟ้ายานยนต์”
Clore Automotive “วิวัฒนาการของแบตเตอรี่รถยนต์”
Continental Battery Systems “วิวัฒนาการแบตเตอรี่รถยนต์ – จากเทคโนโลยีเก่าสู่ MIXTECH”
MDPI, “คุณลักษณะของระบบการจัดการแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้าโดยคำนึงถึงกระบวนการปรับสมดุลของเซลล์แบบแอคทีฟและพาสซีฟ”
ResearchGate “แนวทางที่เป็นระบบเพื่อการพัฒนาสถาปัตยกรรมระบบไฟฟ้ากำลังยานยนต์”
ภายใน EVs “Tesla ยืนยันการเปลี่ยนไปใช้ระบบ 48 โวลต์”
Texas Instruments “การประมวลผลข้อดีของสถาปัตยกรรมโซนในยานยนต์”