Nếu điều gì đó không thể tiếp tục thì nó sẽ không thể tiếp tục; cung cấp cho nhu cầu điện phàm ăn của ô tô từ pin 12-V là một ví dụ về thực tế này.
Ô tô ngày nay - dù dựa trên động cơ đốt trong truyền thống (ICE), một số dạng xe điện hybrid (HEV) hay thậm chí là xe điện thuần túy (EV) - đều được trang bị các thiết bị điện tử, cảm biến, bộ điều khiển, tính năng an toàn, trình điều khiển tiên tiến -hệ thống hỗ trợ (ADAS), hệ thống thông tin giải trí, hàng chục động cơ nhỏ và động cơ lực kéo lớn (dành cho xe điện/HEV). Đó là một thách thức lớn để cung cấp, quản lý và cung cấp năng lượng/điện năng cần thiết. Đồng thời, việc tản nhiệt tất yếu là hệ quả tất yếu của tình trạng nguồn điện này.
Nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng đã đạt đến mức không thể tiếp tục chỉ sử dụng pin axit chì 12-V. Pin đó không thể cung cấp năng lượng và ngay cả khi có thể, các loại cáp khổ lớn cần thiết để duy trì tổn thất ở mức chấp nhận được sẽ làm tăng thêm chi phí, trọng lượng, khối lượng, các vấn đề về định tuyến và hạn chế lắp ráp. Nếu bạn thậm chí đã nhìn thấy hàng dặm cáp và các đầu nối lớn của chúng trong một chiếc ô tô hiện đại, phần lớn chúng dày 12 thước và không linh hoạt, bạn biết rằng có vấn đề.
Thay đổi đã đến và còn nhiều hơn thế nữa
Tất nhiên, nhu cầu năng lượng của ô tô ngày nay lớn hơn nhiều so với hơn 100 năm trước. Một chiếc ô tô cần bao nhiêu năng lượng (bỏ qua động cơ kéo)? Một góc nhìn cho thấy sự gia tăng mạnh mẽ và không thể tránh khỏi, ngoại trừ một sự sụt giảm nhỏ trong giai đoạn 1970 (có thể do lệnh cấm vận dầu mỏ của Ả Rập và tình trạng thiếu khí đốt?); Hình 1 cho thấy điều này.
Một cái nhìn ngắn gọn về sự phát triển của pin chỉ mang tính minh họa. Những chiếc xe đầu tiên không hề có pin! Để khởi động ô tô, người lái xe quay tay động cơ để bắt đầu chuyển động quay. Nguồn điện cho (các) bugi đánh lửa đến từ một nam châm, một máy phát điện thô sơ nhưng đủ hiệu quả được gắn vào động cơ. Trên thực tế, chiếc xe quay đã tạo ra năng lượng riêng cho bugi đánh lửa khi nó được quay và lật.
Khi bộ khởi động điện được giới thiệu vào giai đoạn 1910 đến 1920, nó sử dụng pin 6V. Lượng pin đó vẫn đủ dùng ngay cả khi có thêm đài phát thanh ống chân không ngốn điện vào giữa những năm 1920. Điểm mấu chốt của khả năng sử dụng pin 6V khiêm tốn cho bộ khởi động và radio là cả hai đều không được sử dụng cùng lúc và cáp nguồn chạy từ pin đến bộ khởi động và radio đều ngắn và trực tiếp, do đó giảm thiểu tổn thất.
Đến đầu những năm 1950, tải trọng bổ sung lên hệ thống điện của ô tô tăng lên khi bổ sung các tùy chọn năng lượng như thêm hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí và trợ lực lái. Để giảm thiểu nhu cầu về điện, nhiều lựa chọn trong số này được cung cấp năng lượng cơ học bằng dây đai chạy từ động cơ ô tô, dùng điện để điều khiển chứ không phải năng lượng thô.
Tuy nhiên, tải tăng vượt quá mức mà pin 6-V có thể hỗ trợ. Ngành công nghiệp chuyển sang sử dụng pin 12-V để cung cấp nhiều năng lượng hơn, đồng thời giảm tổn thất và cho phép sử dụng cáp mỏng hơn mang điện áp cao hơn nhưng ở cường độ dòng điện thấp hơn (Hình 2).
Giải pháp 12-V đã tồn tại hơn 50 năm, đây là một thành tích ấn tượng và sơ đồ kết nối của mạng phân phối điện (PDN) rất đơn giản, ít nhất là về nguyên tắc (Hình 3).
Tuy nhiên, nhiều tải bổ sung dưới dạng các tính năng hiện đại đã được thêm vào. Đồng thời, các chức năng hiện có, chẳng hạn như trợ lực lái bằng động cơ, được chuyển sang hỗ trợ động cơ điện để kiểm soát tốt hơn. Kết quả là một PDN phức tạp hơn (có một số phong trào ban đầu hướng tới việc nâng cấp lên bộ pin 24-V vào những năm 1990, nhưng điều đó chưa bao giờ thành công. Lợi ích không lớn hơn bản chất cố hữu của chuỗi cung ứng 12-V, hoạt động sản xuất, và chuyên môn) (Hình 4).
Chuyển nhanh đến ngày 21st thế kỷ, và 12 V sắp hết hơi, sử dụng một phép ẩn dụ hỗn hợp. Sự sụt giảm IR và mất điện áp khi sử dụng 12 V cho các chức năng điện tử là một vấn đề nhưng có thể được điều chỉnh ở một mức độ nào đó thông qua việc sử dụng bộ điều chỉnh cục bộ phù hợp trên mỗi bảng mạch. TÔI2Tuy nhiên, hệ thống sưởi Joule và tổn thất điện năng liên quan là một vấn đề không thể giải quyết được vì năng lượng đó bị lãng phí và không thể phục hồi được, trong khi sự tản nhiệt liên quan sẽ làm tăng thêm tải nhiệt trên ô tô.
Phần tiếp theo tiếp tục cuộc thảo luận này.
Nội dung EE World liên quan
Câu hỏi thường gặp về nam châm dùng cho nguồn điện và đánh lửa, Phần 1
Câu hỏi thường gặp về nam châm dùng cho nguồn điện và đánh lửa, Phần 2
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 1
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 2
Hỏi đáp về động cơ máy kéo phần 3
Danh mục đầu nối đầu cuối đáp ứng nhu cầu của hệ thống điện xe 48-V
Tăng cường hiệu suất trong phân phối điện 48-V
Ảnh hưởng ngày càng tăng của công nghệ tự hành đối với việc cải tiến hệ thống điện xe cộ
Tối ưu hóa mạng lưới phân phối điện
Tài liệu tham khảo bên ngoài
Hệ thống thiết kế Cadence, “Kiến trúc khu vực là gì? Và tại sao nó lại thay đổi chuỗi cung ứng ô tô?”
Vicor Corp., “Hệ thống 48V: Những điều bạn cần biết khi các nhà sản xuất ô tô nói lời tạm biệt với 12V”
Vicor Corp., “Xe điện: 48V là 12V mới”
Vicor Corp., “Tesla Cybertruck sẽ loại bỏ các linh kiện điện 12V”
TE Connectivity, “Khả năng kết nối trong Kiến trúc E/E ô tô thế hệ tiếp theo”
Infineon, “Hệ thống phân phối điện ô tô”
Clore Automotive, “Sự phát triển của ắc quy ô tô”
Hệ thống pin lục địa, “Sự phát triển của pin ô tô - Từ công nghệ cũ đến MIXTECH”
MDPI, “Đặc điểm của hệ thống quản lý pin của xe điện có xem xét quá trình cân bằng tế bào chủ động và thụ động”
ResearchGate, “Phương pháp tiếp cận có hệ thống để phát triển kiến trúc hệ thống điện ô tô”
Bên trong xe điện, “Tesla xác nhận việc chuyển sang hệ thống 48 Volt”
Texas Instruments, “Xử lý các ưu điểm của kiến trúc vùng trong ô tô”