42-вольтовая электрическая система

В автомобилях была 42-вольтовая электрическая система стандартом электропитания, предложенным в конце 1990-х годов. Он был предназначен для облегчения использования в автомобилях все более мощных аксессуаров с электроприводом и более легких жгутов проводов . Электродвигатели предлагалось использовать для гидроусилителя руля или других систем, обеспечивая более компактные установки и устраняя вес приводных ремней или больших проводов для сильноточных нагрузок.

Предлагаемый новый стандарт ровно в три раза превышал напряжение существующих «12-вольтовых» систем. Более высокое напряжение было выбрано, чтобы обеспечить большую мощность электропроводки и устройств, с одной стороны, и не превышать предел в 50 В, используемый в качестве ориентира для опасности поражения электрическим током . Европейский автопроизводитель Daimler-Benz предложил 42V для переоборудования торговую марку .

Хотя многие производители предсказывали переход на электрические системы с напряжением 36 В ( литий-ионный аккумулятор ) / 42 В (напряжение зарядки), переход на «42 В» не произошел к началу 21 века, и к 2009 году от этих планов в основном отказались. . ^[1] Доступность двигателей с более высоким КПД, новых технологий электропроводки и цифрового управления, а также ориентация на гибридные автомобильные системы , в которых используются высоковольтные стартеры/генераторы, в значительной степени устранили межотраслевое стремление 2000-х годов повысить основное автомобильное напряжение. ^[1] Приложения, которые когда-то считались требующими более высокого напряжения, такие как электрический усилитель рулевого управления, впоследствии были реализованы с помощью 12-вольтовых систем. ^[1] В конце 2000-х годов электрические компоненты на 42 В использовались лишь в нескольких автомобильных приложениях, поскольку лампы накаливания хорошо работают при напряжении 12 В, а переключение 42-вольтовой цепи затруднено. ^[1]^[2]

В 2010-х годах электрические системы на 48 В. стали популярны

История

США – Консорциум по передовым автомобильным электрическим и электронным системам.

SAE . обсуждало повышение стандартного автомобильного напряжения еще в 1988 году ^[3]

В 1994 году по инициативе Daimler-Benz был проведен первый «Семинар по передовым архитектурам автомобильных систем электрораспределения» Массачусетского технологического института в Лаборатории электромагнитных и электронных систем (MIT/LEES) в Кембридже , штат Массачусетс, США, . с целью определения архитектуры будущей автомобильной электрической системы. С самого начала в число участников семинара входили поставщики, а также автомобильные компании Daimler-Benz , Ford и General Motors .

с помощью инструмента «МАЭСТРО» сравнивались различные архитектуры электрических систем В сентябре 1995 года в Массачусетском технологическом институте , а в декабре 1995 года в «Выводах» этого исследования будущий уровень напряжения примерно 40 В. был определен

В начале 1996 года был создан «Консорциум по передовым автомобильным электрическим и электронным системам». На последовавшем семинаре в марте 1996 года было подтверждено будущее номинальное напряжение 42 В.

В августе 1996 года IEEE Spectrum ^[4] опубликовал статью «Автомобильные электрические системы около 2005 г.».

По случаю съезда в Детройте в октябре 1996 года профессор Джон Г. Кассакян (MIT) выступил с докладом на тему «Будущее автомобильных электрических систем» в рамках «Семинара IEEE по автомобильной силовой электронике».

24 марта 1997 года компания Daimler-Benz представила MIT «Проект спецификации автомобильной электроэнергетической системы с двойным напряжением 42 В/14 В».

Европа

Одновременно с деятельностью в США, в 1994 году, опять же по инициативе Daimler-Benz , бывшая SICAN GmbH провела свой первый « Forum Bordnetz » (Форум автомобильных электрических систем) в Ганновере для немецких автомобильных компаний. И здесь поставщики были приглашены к участию на самом раннем этапе вместе со всеми европейскими производителями автомобилей.

15 февраля 1996 года был согласован вступительный документ « Bordnetzarchitektur im Jahr 2005 » (Архитектура автомобильных электрических систем на 2005 год), а 4 июня 1996 года BMW представила « Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz » (Таблица текущие и будущие нагрузки в автомобиле) и « 42V/14V-Bordnetz » (42V/14V PowerNet).

13 сентября 1996 года на 7-м Международном техническом совещании по автомобильной электронике в Баден-Бадене значительный интерес вызвал доклад « Neue Bordnetz- Architektur und Konsequenzen » (Новая архитектура и последствия автомобильной электрической системы), представленный доктором Рихардом. Д. Таборс (MIT).

6 марта 1997 года компания BMW представила с двойным напряжением в Ганновере «Проект спецификации автомобильной электроэнергетической системы 42 В/14 В».

Работа в SICAN GmbH получила решающий импульс благодаря сотрудничеству между BMW и Daimler-Benz , о чем свидетельствует их совместное определение Европейского «Списка нагрузок 2005 года» и совместно разработанный «Проект спецификации автомобильной электроэнергетической системы с двойным напряжением 42 В/ 14В".

Volvo использовала напряжение 42 В для некоторых своих мягких гибридов. ^[5]^[6]

48-вольтовая электрическая система

Более широкое внедрение технологий гибридных транспортных средств в 2010-х годах привело к использованию 48-вольтовых систем в мягких гибридных транспортных средствах, которые добавляют электрический импульс к типичному двигателю внутреннего сгорания (ДВС) и облегчают некоторую регенерацию во время торможения для экономии топлива. ^[7]

В 2011 году несколько немецких автопроизводителей договорились о бортовой сети электропитания напряжением 48 В поверх нынешней сети напряжением 12 В и представили «комбинированную вилку», обычную вилку для зарядки электромобилей постоянным током. ^[8] По состоянию на 2018 год эта 48-вольтовая электрическая система применялась в серийных автомобилях, таких как внедорожники Porsche и Bentley , в то время как Volvo и Audi планировали использовать 48-вольтовый стандарт в автомобилях 2019 года. ^[9]^{[ нужно обновить ]}

В марте 2023 года Tesla Inc. начала производство Cybertruck с 48-вольтовой архитектурой. ^[10] первый серийный автомобиль, использующий 48 В в качестве системного напряжения для всей низковольтной системы. Они указали, что их автомобиль следующего поколения также будет использовать низковольтную электрическую систему на 48 В. ^[11]

Выбор напряжения

Шестиэлементные свинцово-кислотные аккумуляторы при разряде вырабатывают около 12,6 В, а соответствующие автомобильные генераторы рассчитаны на выработку от 13,5 до 14,5 В во время зарядки. ^[1] 42 вольта — это приблизительная мощность системы зарядки нового стандарта. ^[2] Существующая автомобильная электрическая система с номинальным напряжением 12 В обычно работает при напряжении около 13,8 В, поэтому значение 14 В является описательным. В литературе по электрическим системам на 42 В часто упоминаются системы, питаемые от 6-элементной свинцово-кислотной батареи, с номинальным напряжением 14 В. В зависимости от условий эксплуатации напряжение бортовой сети автомобиля сегодня может колебаться в пределах от 6,5 до 16 В, причем на эту величину накладывается разная степень пульсаций.

После обширной подготовительной работы, результатом которой стал «Список нагрузок в автомобиле 2005 года», различные архитектуры автомобильных электрических систем были сравнены с помощью инструмента «MAESTrO» ( 12 В, 12 В/24 В постоянного тока, 12 В/48 В). постоянного тока и 12 В/60 В переменного тока ) на семинаре в сентябре 1995 года в Массачусетском технологическом институте (MIT/LEES). Результаты этого исследования заключались в том, что наилучшей альтернативой было максимально возможное постоянное напряжение.

Ограничивающим фактором для постоянного напряжения является предел защиты от поражения электрическим током в 60 В, который нельзя превышать даже при колебаниях напряжения, вызванных экстремальными условиями. Данное ограничение исключает вариант автомобильной электросети с номинальным напряжением аккумулятора 48 В, поскольку при низких температурах зарядное напряжение аккумулятора может достигать 60 В. Также на цену, вес и объем аккумуляторов влияет количество аккумуляторов. клеток, которые поэтому должны быть сведены к минимуму.

Новые аккумуляторные технологии для автомобильного применения не были бы доступны по доступной цене для 42 В/14 В. PowerNet Свинцово-кислотные аккумуляторы недороги и имеют очень «совместимые» характеристики зарядки/разрядки. Поэтому следует использовать свинцово-кислотные батареи, оптимизированные по энергии и сроку службы при более низком напряжении и оптимизированные по мощности при более высоком напряжении.

Еще одним важным критерием новой архитектуры было то, что она должна позволять постепенное переключение нагрузки на систему более высокого напряжения по мере необходимости.

В 42 В/14 В системе ветвь 14 В должна была быть освобождена от более мощной нагрузки и должна работать в гораздо более узких пределах.

Силовая электроника становится все более важной в автомобильной сфере и станет решающим фактором в цене будущих автомобилей. Поэтому этот критерий был особенно важен при выборе наиболее подходящего более высокого уровня напряжения. Несмотря на значительную тенденцию роста доли силовой электроники в автомобильной промышленности, ее доля на рынке будет снижаться, поскольку темпы роста в других сегментах рынка еще выше. Только по этой причине конкретная технология производства для использования в автомобилях немыслима. ^{[ нужна ссылка ]}

В ходе интенсивных обсуждений с основными производителями полупроводников было установлено, что напряжение около 40 В является предпочтительным. Многие аргументы обобщены в статье « Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих электрических систем транспортных средств ». ^[12] («Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих автомобильных электрических систем» ^[13]), представленный бывшей компанией Siemens Semiconductors (ныне Infineon ) на 17-й конференции « Elektronik im Kraftfahrzeug » (Автомобильная электроника) 3/4 июня 1997 года в Мюнхене.

Другие аргументы в пользу более высокого напряжения включали уменьшение веса системы проводки, повышение стабильности и снижение падения напряжения . При трехкратном повышении напряжения толстые проводники могут быть уменьшены до трети сечения, и в то же время относительное падение напряжения также может быть уменьшено до трети. Для того же сечения относительное падение напряжения теперь составляет не более одной девятой. Уровень напряжения, полученный в результате этих аргументов, был настолько близок к трехкратному нынешнему напряжению, что 42 В стало автоматическим выбором для второго уровня напряжения.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Майк Аллен (1 октября 2009 г.). «Что случилось с 42-вольтовой машиной?» . Популярная механика . Проверено 14 мая 2010 г.
^ Jump up to: ^а ^б Холт, Д., изд. (2003). Электрическая система на сорок два вольта . Общество инженеров автомобильной промышленности . ISBN 0-7680-1297-Х .
^ Рэнди Рандл (март 2002 г.). «Грядущая 42-вольтовая электрическая система» (PDF) . Обмен электроремонтника . Архивировано из оригинала (PDF) 15 июня 2010 г. Проверено 14 мая 2010 г.
^ «Автомобильные электрические системы около 2005 г.» . Архивировано из оригинала 6 мая 2011 года . Проверено 2 декабря 2011 г.
^ «Встроенный стартер-генератор (ISG)» . www.media.volvocars.com .
^ «О_пригодности_низкого напряжения_42_V_Электрической_силовой_системы_для_тяговых_приложений_в_параллельных_гибридных_электрических_транспортных средствах» .
^ Трейси, Дэвид (13 января 2017 г.). «Все, что вам нужно знать о предстоящей 48-вольтовой электрической революции в автомобилях» . Ялопник .
^ Хаммершмидт, Кристоф (16 июня 2011 г.). «Немецкие автопроизводители договорились о бортовой сети 48 В и разъеме для зарядки» . eeNews Автомобильная промышленность .
^ Майерсон, Норман (8 февраля 2018 г.). «Чтобы обеспечить будущее, автопроизводители переходят на 48-вольтовые системы» . Нью-Йорк Таймс .
^ Сэнди Манро, Ларс Морави, Франц фон Хольцхаузен, Дрю Баглино, Пит Бэннон, Дэвид Лау (11 декабря 2023 г.). ГЛУБОКОЕ ПОГРУЖЕНИЕ Cybertruck с 5 руководителями Tesla! . Остин, Техас: Манро Live . Событие происходит в 5:15:7:04, 14:45–18:00. Архивировано из оригинала 11 декабря 2023 года . Проверено 12 декабря 2023 г. - через YouTube .
^ «Tesla подтверждает переход на систему 48 В» . ВнутриEVs . Проверено 23 мая 2023 г.
^ «Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих автомобильных электрических систем» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 августа 2011 г. Проверено 1 декабря 2011 г.
^ «Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих автомобильных электрических систем» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2011 г. Проверено 1 декабря 2011 г.

Альфонс Граф: Новая автомобильная сеть PowerNet 42 В. эксперт-Верлаг, Реннинген-Мальмсхайм 2001, ISBN 3-8169-1992-8 .
Дэниел Дж. Холт: Электрическая система на 42 В. Общество инженеров автомобильной промышленности, 2003 г., ISBN 9780768012972 .

Внешние ссылки

Статья Эмилиана Сеуки: « Стандарты архитектуры сети электропитания 42 В » (PDF) . (65,0 КБ)
Полупроводники в электрической системе 42 В. Архивировано 2 октября 2011 г. в Wayback Machine Dr. Альфонс Граф Infineon Technologies, Мюнхен, октябрь 2001 г.
Отчет Powernet 42V. Архивировано 4 марта 2016 г. в Wayback Machine. Майк Вейхолл, Digatron/Firing Circuits, Аахен, январь 2003 г.

[wha-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Майк Аллен (1 октября 2009 г.). «Что случилось с 42-вольтовой машиной?» . Популярная механика . Проверено 14 мая 2010 г.

[sae-2] Jump up to: ^а ^б Холт, Д., изд. (2003). Электрическая система на сорок два вольта . Общество инженеров автомобильной промышленности . ISBN 0-7680-1297-Х .

[3] Рэнди Рандл (март 2002 г.). «Грядущая 42-вольтовая электрическая система» (PDF) . Обмен электроремонтника . Архивировано из оригинала (PDF) 15 июня 2010 г. Проверено 14 мая 2010 г.

[4] «Автомобильные электрические системы около 2005 г.» . Архивировано из оригинала 6 мая 2011 года . Проверено 2 декабря 2011 г.

[5] «Встроенный стартер-генератор (ISG)» . www.media.volvocars.com .

[6] «О_пригодности_низкого напряжения_42_V_Электрической_силовой_системы_для_тяговых_приложений_в_параллельных_гибридных_электрических_транспортных средствах» .

[7] Трейси, Дэвид (13 января 2017 г.). «Все, что вам нужно знать о предстоящей 48-вольтовой электрической революции в автомобилях» . Ялопник .

[8] Хаммершмидт, Кристоф (16 июня 2011 г.). «Немецкие автопроизводители договорились о бортовой сети 48 В и разъеме для зарядки» . eeNews Автомобильная промышленность .

[9] Майерсон, Норман (8 февраля 2018 г.). «Чтобы обеспечить будущее, автопроизводители переходят на 48-вольтовые системы» . Нью-Йорк Таймс .

[TeslaEngrTeam20231211-10] Сэнди Манро, Ларс Морави, Франц фон Хольцхаузен, Дрю Баглино, Пит Бэннон, Дэвид Лау (11 декабря 2023 г.). ГЛУБОКОЕ ПОГРУЖЕНИЕ Cybertruck с 5 руководителями Tesla! . Остин, Техас: Манро Live . Событие происходит в 5:15:7:04, 14:45–18:00. Архивировано из оригинала 11 декабря 2023 года . Проверено 12 декабря 2023 г. - через YouTube .

[inevs20230523-11] «Tesla подтверждает переход на систему 48 В» . ВнутриEVs . Проверено 23 мая 2023 г.

[12] «Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих автомобильных электрических систем» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 августа 2011 г. Проверено 1 декабря 2011 г.

[13] «Интеллектуальные силовые полупроводники для будущих автомобильных электрических систем» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2011 г. Проверено 1 декабря 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]