42-volts elsystem

För isotopen av vanadin ( 42 V), se Vanadium-42 .

I bilar var ett 42-volts elektriskt system en elektrisk kraftstandard som föreslogs i slutet av 1990-talet. Det var tänkt att tillåta kraftfullare elektriskt drivna tillbehör och lättare ledningsnät för bilar . Elmotorer föreslogs användas för servostyrning eller andra system, vilket ger mer kompakta installationer och eliminerar vikten av drivremmar eller stora ledningar för högströmsbelastningar . Den föreslagna nya standarden var exakt tre gånger så hög spänning som befintliga "12-volts" system. Den högre spänningen valdes för att ge större strömkapacitet för kablar och enheter å ena sidan, och för att hålla sig under 50-voltsgränsen som används som en riktlinje för risk för elektriska stötar . Den europeiska biltillverkaren Daimler-Benz föreslog ett 42V varumärke för konverteringen.

Även om många tillverkare förutspådde en övergång till 36-volts ( litiumjonbatteri ) / 42-volts (laddningsspänning) elektriska system, har övergången inte skett, och planerna verkar ha avbrutits. Tillgången till motorer med högre effektivitet, nya ledningstekniker och digitala kontroller och fokus på hybridfordonssystem som använder högspänningsstarter/generatorer har i stort sett eliminerat behovet av att byta huvudspänningar i fordon. Tillämpningar som en gång troddes kräva högre spänningar, såsom elektrisk servostyrning, har nu uppnåtts med 12-voltssystem. 42-volts elektriska komponenter används nu bara i ett fåtal biltillämpningar, eftersom glödlampor fungerar bra vid 12 volt och att byta en 42-voltskrets är svårare.

48-voltssystem används i mildhybridfordon , som ger elektrisk assistans till framdrivningen och regenereringen under bromsning för att spara bränsle.

Historia

USA – Konsortium för avancerade elektriska och elektroniska system för fordon

SAE diskuterade en ökad standardspänning för bilar så tidigt som 1988 .

1994, på initiativ av Daimler-Benz , hölls den första "Workshop on Advanced Architectures for Automotive Electrical Distribution Systems" vid Massachusetts Institute of Technology Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems (MIT/LEES) i Cambridge , Massachusetts , USA. med syftet att definiera arkitekturen för ett framtida elsystem för fordon. Från början inkluderade deltagarna i denna workshop såväl leverantörer som bilföretagen Daimler-Benz, Ford och General Motors .

I september 1995 jämfördes olika elektriska systemarkitekturer vid MIT med hjälp av verktyget "MAESTrO", och i december 1995, i "slutsatserna" av denna studie, definierades en framtida spänningsnivå på cirka 40 V.

I början av 1996 bildades "Consortium on Advanced Automotive Electrical and Electronic Systems". Vid den efterföljande workshopen i mars 1996 bekräftades den framtida nominella spänningen på 42 V.

I augusti 1996 publicerade IEEE Spectrum tidningen "Automotive electrical systems circa 2005".

Med anledning av konvergensen i Detroit i oktober 1996 höll professor John G. Kassakian (MIT) ett föredrag med titeln "The Future of Automotive Electrical Systems" som en del av "IEEE Workshop on Automotive Power- Electronics".

Den 24 mars 1997 presenterade Daimler-Benz MIT ett "utkast till specifikation av ett elektriskt kraftsystem för fordon med dubbla spänningar 42V/14V".

Europa

Samtidigt med aktiviteterna i USA, 1994, återigen på initiativ av Daimler-Benz , höll det tidigare SICAN GmbH sitt första " Forum Bordnetz " (Forum för elsystem för fordon) i Hannover för tyska bilföretag. Även här bjöds leverantörer in att delta i ett mycket tidigt skede tillsammans med alla europeiska fordonstillverkare.

godkändes introduktionsdokumentet " Bordnetzarchitektur im Jahr 2005 " (Automotive electrical system architecture for år 2005) och den 4 juni 1996 presenterade BMW " Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz " (tabell av nuvarande och framtida laster i motorfordonet) och " 42V/14V-Bordnetz " (42V/14V PowerNet).

Den 13 september 1996, vid det 7:e internationella tekniska mötet för fordonselektronik i Baden-Baden , väcktes ett stort intresse av tidningen " Neue Bordnetz-Architektur und Konsequenzen " (New Automotive Electrical System Architecture and Consequences), presenterad av Dr. Richard Richard D. Tabors (MIT).

Den 6 mars 1997 presenterade BMW " Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V/14V " (utkast till specifikation av ett elektriskt kraftsystem för dubbelspänning 42V/14V) i Hannover.

Arbetet på SICAN GmbH fick avgörande drivkraft av samarbetet mellan BMW och Daimler-Benz , vilket framgår av deras gemensamma definition av den europeiska "Load List 2005" och den gemensamt författade "Draft Specification of a Dual Voltage Vehicle Electrical Power System 42V/ 14V".

2011 kom flera tyska biltillverkare överens om ett 48V elnät ombord som kompletterar det nuvarande 12V-nätet och introducerade "Combo-pluggen", en vanlig strömkontakt för DC-laddning av elfordon. Från och med 2018 har detta 48-volts elektriska system använts i produktionsfordon som Porsche och Bentley SUV, och Volvo och Audi planerar att använda 48-voltsstandarden i 2019 års fordon.

Val av spänning

Sexcells blybatterier producerar cirka 12,6 volt under urladdning, och deras motsvarande bilgeneratorer är utformade för att producera 13,5 till 14,5 volt under laddning. 42 volt är en approximation av uteffekten från den nya standardens laddningssystem. Det nuvarande elsystemet på nominellt 12 V för bilar fungerar vanligtvis runt 13,8 volt, så 14 V är beskrivande. Litteratur om 42-volts elektriska system hänvisar ofta till system som drivs med ett 6-cells blybatteri som nominellt 14 volt. Beroende på driftförhållanden kan fordonets elsystems spänning idag variera mellan 6,5 och 16 V, med en varierande grad av rippel överlagrad på detta värde.

Efter omfattande förberedande arbete, vilket resulterade i "List of Loads in the Automobile of the Year 2005", jämfördes olika fordonselektriska systemarkitekturer med hjälp av verktyget "MAESTrO" (12 V, 12 V/24 V DC, 12 V / 48 V DC och 12 V/60 V AC ) i september 1995 workshop vid Massachusetts Institute of Technology (MIT/LEES). Resultatet av denna studie var att högsta möjliga likspänning var det bästa alternativet.

Den begränsande faktorn för likspänningar är en gräns för chockriskskydd på 60 V, som inte får överskridas även vid spänningsfluktuationer orsakade av extrema förhållanden. Denna gräns eliminerar möjligheten till ett elsystem för bilar med en nominell batterispänning på 48 V, eftersom batteriets laddningsspänning vid låga temperaturer kan nå 60 V. Priset, vikten och volymen på batterier påverkas också av antalet batterier. celler, som därför måste hållas till ett minimum.

Ny batteriteknik för fordonstillämpningar skulle inte ha varit tillgängliga till överkomliga kostnader för 42 V/14 V PowerNet. Bly-syrabatterier är låga priser och har en mycket "kompatibel" laddnings-/urladdningsegenskap. Därför skulle blybatterier ha använts optimerade för energi och livslängd vid den lägre spänningen och optimerade för effekt vid den högre spänningen.

Ett annat viktigt kriterium för en ny arkitektur var att den skulle tillåta gradvis omvandling av laster till det högre spänningssystemet efter behov.

I ett 42 V/14 V- system borde 14 V- grenen ha varit befriad från högre effektbelastningar och bör fungera inom mycket snävare gränser.

Kraftelektronik blir allt viktigare inom fordonssfären och kommer att vara en avgörande faktor för priset på framtida fordon. Detta kriterium var därför särskilt viktigt när man valde den mest lämpliga högre spänningsnivån. Trots den avsevärda uppåtgående trenden för kraftelektronik i fordonstillämpningar kommer dess andel av marknaden att minska, eftersom tillväxttakten i andra marknadssegment är ännu högre. Enbart av den anledningen är en specifik tillverkningsteknik för bilbruk otänkbar. [ citat behövs ]

I intensiva diskussioner med de stora halvledartillverkarna visade sig en spänning på cirka 40 V vara fördelaktig. Många argument sammanfattas i tidningen " Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze " ("Intelligent Power Semiconductors for Future Automotive Electrical Systems") som presenterades av det tidigare Siemens Semiconductors (nu Infineon ) vid den 17:e " Elektronik im Kraftfahrzeug " (In-Car Electronics) konferens den 3/4 juni 1997 i München.

Andra argument för en högre spänning inkluderade viktminskningen i ledningssystemet, förbättrad stabilitet och minskat spänningsfall . Med tre gånger spänningen kan tjocka ledare reduceras till en tredjedel av tvärsnittet och samtidigt kan det relativa spänningsfallet också reduceras till en tredjedel. För samma tvärsnitt är det relativa spänningsfallet nu inte mer än en niondel. Spänningsnivån som blev resultatet av dessa argument var så nära tre gånger den nuvarande spänningen att 42 V blev det automatiska valet för den andra spänningsnivån.

Se även

  •   Alfons Graf: The New Automotive 42V PowerNet . expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 2001, ISBN 3-8169-1992-8 .
  •   Daniel J. Holt: 42-volts elektriska system . Society of Automotive Engineers, 2003, ISBN 9780768012972 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=42-volt_electrical_system&oldid=1119655552 "