Вики на електроенергетиката на Факултетот за електротехника и информациски технологии
Кориснички алатки
Алатки за веб-страница
Странична лента
навигација
Содржина
48V електричен систем
Следната генерација на напојување?
rebholz_48v_systems_htwg-konstanz.pdf
Значи, што може да биде поприродно да се намали напонот толку многу што сите заштитни мерки може да се изостават - се разбира, може да се работи само за безбедно дистрибуција на напонско ниво 300А) во возилото.
Вториот двигател на новата состојба на напон се должи на зголемениот пејзаж на електрични потрошувачи. Потрошувачите на удобност, како што се системите за контрола на динамиката на електричните возила, бараат врвни излези од повеќе од 1kW. Дури и интелигентни 12V електрични системи не можат да се справат со ова. Дури и модерен трифазен генератор е едноставно прегазен со такви краткорочни дополнителни барања.
Повисоко напонско ниво со доволно складирање исто така ќе го донесе решението тука. Или воопшто: Што да направите ако мрежата од 12V има премногу мала моќност - но напојувањето не го оправдува системот за напон?
Добавувачите сега реагираа и развија значителна разновидност на компоненти засновани на новото ниво на напон од 48V. Имплементацијата и подготвеноста да се донесат одлуки од страна на ОЕМ се сè уште ограничени, сепак, сегашните сериски почетни компании со учество од 48V сеуште се управуваат.
Во продолжение, ризиците и можностите на новата 48V технологија се разгледуваат поблиску од гледна точка на развојот на електрониката.
48V: Зошто бројот ми изгледа толку познат?
Да, бројот им изгледа познат на нашите постари колеги. На почетокот на 90-тите години беа направени обиди да се подигне целата 12V вградена мрежа на 42V мрежа. Како и сега, ситуацијата со номиналниот напон се засноваше на достапните системи за складирање.
Држава на уметноста
А широк спектар на 48V апликации се во фаза на развој. Во наједноставната апликација, мрежата 48V се состои од неколку компоненти што се напојуваат од 12V страна. Под-мрежата се раздвојува преку конвертор DC/DC и се обезбедува со меморија со цел да се направат достапни минливи врвови на напојување, на пример, за потрошувачи на шасија или електричен турбополнач. Внатрешната мрежа од 12V е само малку оптоварена со текот на времето (неколку 100W), додека од страната 48V, можни се краткорочни излези во опсегот на kW. Пример за ова е на пр. Стабилизација на електричната ролна во Audi SQ7 [2].
Доколку треба да се постигне значително намалување на СО2 со помош на нивото 48V, мора да се најде можност електричната енергија да се претвори во движење на возилото. Синхроната машина што обично се користи, тогаш мора да се користи како додаток на моторот, за да се балансира енергетскиот биланс во системот 48V. Тука се користи циклусот на полнење/празнење опишан погоре, во зависност од претпоставениот профил на возење.
Видот на поврзување со погонскиот воз е одлучувачки за ефикасноста или максималниот употреблив дополнителен вртежен момент на системите. Во повеќето случаи, се користи позната топологија и проширена во 48V вградена мрежа. Наједноставната варијанта е да го замените 12V трифазен генератор со генератор за стартување на ремени 48V (RSG). Оваа конфигурација може да се најде на пр. Во сегашниот Renault Scenic [3] со врвна моќност од 10kW. Недостаток е што моторот треба да се влече преку RSG кога се вози електрично. Понатаму, ременот мора да може да ја пренесува силата или да генерира доволно вртежен момент за да го активира моторот.
Ефикасно решение е да ја поставите електричната машина зад моторот или менувачот. Кога возите електрично, моторот може да се раздвои, силата се пренесува директно на погонското вратило. Сепак, оваа опција со интегриран генератор на стартери (ISG) бара далекусежни мерки во компонентите на менувачот, спојката и погонскиот воз и затоа не може лесно да се интегрира во постоечка конфигурација.
Давид наспроти Голијат - 48V наспроти 400V (HV) системи
Воспоставената 48V вградена мрежа во возилото отвора нови можности за многу специјализирани области во спроведувањето на нивните функции, кои претходно можеа да се решат само механички. Стабилизацијата на електричната ролна, која веќе е во сериско производство, е само еден пример меѓу многуте апликации. Други апликации како што се електрично турбо полнење или системи за воздушна суспензија се трескаат трескаво. Дури и послетретман на издувните гасови може да се оптимизира со помош на компоненти од 48V. Воведувањето на нивото од 48V се забавува само со сегашниот небезбеден развој на електрични возила.
Дали новите компоненти треба да се подигнат на ниво од 48V, добро знаејќи дека подоцнежната интеграција во електричните возила е неповолна?
Развојот на нова контролна единица е секогаш скап и одзема многу време. Ако единствената достапност на 48V компоненти кај електричните возила присили дополнително ниво на напон покрај напонот од 12V и HV, денешната предност ќе се изгасне или ќе се претвори во неповолна положба. Интеграцијата во електрично возило значи друг систем на батерии што треба да се снабдува со дополнителен конвертер HV/48V DC/DC.
За производителите на возила кои својата потрошувачка на возен парк ја прилагодуваат на законската рамка со воведување електрични и хибридни возила, 48V технологијата секако игра подредена улога. Ако моторот со согорување продолжи, нема начин околу воведување на "лесна" електрификација преку нивото 48V. Во највисоката фаза на проширување, може да се покаже дека системите ISG ветуваат слична предност на СО2 аналогно на хибридните системи од првата генерација.
Предности на 48V технологијата
Покрај намалувањето на потрошувачката преку поддршка на електромоторот или враќање на енергијата на сопирање, новото напонско ниво нуди можност за лесно снабдување на електрични потрошувачи со врвна моќност поголема од 1kW. Кај модерните возила од премиум класа, инсталираната потрошувачка е приближно 6-8kW. Од друга страна има генератор со моќност од 3-3,5kW. Интелигентното управување со енергијата е од суштинско значење за избалансиран баланс на полнежот. Во зависност од состојбата на возење и итноста, мора да им се даде приоритет на индивидуалните потрошувачи. На пример, одмрзнувањето на задниот дел или на шофершајбната секогаш ќе има приоритет. Функциите за удобност, како што се греењето на седиштето или воланот, може да се вклучат доколку е потребно. Повеќе не е можно да се лоцираат други високо-струјни потрошувачи на страната од 12V. Особено кога станува збор за потрошувачи кои мораат да бидат трајно достапни, како што се системи за чистење шасија, погон или издувни гасови. Потрошувачите кои дејствуваат само спорадично, со излез помал од 1kW, исто така, можат да останат на 12V страна во иднина. Можни кандидати за зголемување на страната 48V:
- Греење на прозорецот
- Вентилатор за ладење
- Вентилатор за внатрешни работи
- ентериер ПТЦ
- електричен управувач
- Системи за греење воопшто
Како што се зголемува напонот, струјата се намалува пропорционално, што може да резултира со мала предност во тежината во структурата на жиците на возилата. Во исто време, нема да биде можно да се компензира дополнителната тежина што ја бара единицата за складирање, конверторот DC/DC и евентуално RSG.
Недостатоци на технологијата
Употребата на новата 48V технологија природно има и недостатоци. Во првиот чекор на причината за постоење, дополнителниот напор во однос на трошоците и тежината во однос на дополнителната функционалност и оптимизацијата на СО2 мора да биде оправдан. Инаку, секое ниво на управување ќе направи идејата да исчезне повторно како убав трик на електроинженерите. 48V вградената мрежа не може да се користи целосно без безбедносни мерки на претпазливост. Како и со конвенционалниот електричен систем на возила од 12V, треба да се избегнува целосен краток спој што е можно повеќе. Бидејќи струите на истекување од 12V страна се веќе класифицирани како критични, несаканите протоци на струја во 48V системи исто така мора да се спречат. Користените единици за складирање 48V обично се деактивираат во празен режим преку сепаратор. Сепак, остануваат некои работни точки во врска со безбедносните мерки на претпазливост:
- Како сервисерот препознава 48V компонента?
- Како може да се открие безбедната состојба во работилницата?
- Како е заштитено од повторно вклучување?
- Како се проверуваат 48V компоненти по пад?
Сите точки се работни точки што мора соодветно да се земат предвид. Покритичен е фактот дека несаканите лакови можат да се формираат во случај на дефект. Може да се направи разлика помеѓу два вида на лак. Сериските лакови секогаш се јавуваат кога протокот на струја е прекинат, на пр. Кога се прекинува линија или кога контактите се повлекуваат под оптоварување. Поврзаната линија со својата самоиндуктивност делува како извор на струја или протокот на струја се одржува постојан, без оглед на тоа дали е присутен проводник или не. Во случај на прекин на линијата, протокот на струја ќе продолжи како сериски лак низ плазмата. Сериските лакови може да се спречат на неколку начини:
- Осигурете се дека нема контакти што можат да се отстранат под оптоварување
- Контролирано рутирање на кабелот во возилото, избегнување зони на несреќи
- Зголемен влезен капацитет на погодените контролни единици
- Зашрафени контакти (спречено е ненамерно отстранување од страна на клиентот или услугата)
Справувањето со ниско-струјни паралелни лакови сè уште не е решено и беше предмет на контроверзии меѓу експертите. Ако целосен краток спој неизбежно ја активира заштитата на линијата или осигурувачот на батеријата, струјата на дефект што е според редоследот на големината на потрошувачките струи останува незабележана. Паралелните лакови се можни само ако повратниот спроводник се спроведе над телото на начин аналоген на 12V технологијата. Веројатно, струјата на дефект никогаш не може целосно да се спречи според мрежата на 12V. Сепак, веројатноста за појава мора да се минимизира преку соодветни мерки. Прагматичното решение е да се осигура дека не може да се појави електричен лак. Ова е разработено преку конструктивни решенија:
- Нема кабли во областа на несреќата на возилото
- Деактивирање на мрежата на одборот 48V кога ќе се открие пад
- Засилена кабелска јакна во критичните области
- Растојание до соседните 12V линии
Импресивен лабораториски експеримент е да се запали лак со употреба на напојување со моќност од 50V. Сликата покажува симулација на лак со единица за напојување ограничена на 5А и два стандардни контакти на лабораториски приклучок. Лакот може да биде осветлен како натпревар и да остане стабилен на приближно 6мм додека не ги пуштите контактите доброволно поради развој на топлина.
Различни решенија за откривање на лак се познати од сродни инженерски науки како што се фотоволтаици или технологија на среден напон. Повеќето од методите користат информации од фреквентниот опсег за оваа намена, бидејќи лакот во многу случаи станува забележлив како широкопојасен мешач. Сите методи имаат недостаток на дополнителни трошоци за хардвер или сè уште не биле во можност да докажат дека тие функционираат сигурно во сите случаи во текот на животот на возилото.
Покрај електричните лакови, постои и друго хорор сценарио кое, покрај пожарот на возилото, значи и економска тотална загуба на возилото. Ненамерна пречка или галванска врска со низок отпор помеѓу двете подмрежи во кои терминалот 30 се повлекува до 48V потенцијал за подолг временски период значи сигурна смрт и за комуникацијата и за влезните кола на повеќето контролни единици. Во зависност од топологијата на возилото или употребената меморија (особено неговата изведба), голем дел од контролните единици од 12V треба да бидат заменети. Затоа, несаканата пречка помеѓу нивоата на напон мора да се земе предвид и во секоја засегната контролна единица и во поставувањето кабли. Конструктивните мерки обично се доволни за да се спречи меѓусебно мерење. Конверторот DC/DC е исклучок, тој е врската помеѓу двете подмрежи и тука се гледа како критична компонента. Соодветните класификации на ASIL со зачуваните мерки мора да спречат одржување на максималните напони од двете страни на конверторот.
Колку батерии му се потребни на возилото
Намалувањето на 12V батерии треба да придонесе за намалување на телесната тежина, како и конструктивни мерки во телото на возилото. Максималниот број на различни батерии во возилото се постигнува доколку стане неопходно во хибридно возило да се снабди компонента од 48V со островско решение. Во прилог на 12V и HV батерија, 48V меморија мора да биде интегрирана во возилото. Сепак, ова сигурно нема да биде норма.
Батеријата од 12V возило може да се издава во возило со 48V RSG или ISG?
Технологија за стандардизација/тестирање
За непречена интеракција на различни компоненти, секоја технологија бара специфични работни услови и правила во рамките на кои се движат компонентите. Покрај поставените точки, во овие правила мора да бидат дефинирани оперативните однесувања во граничните точки на работа, како и имунитетот на пречки и граничните вредности на емисии. Спецификацијата за тест VDA320 [5] „Електрични и електронски компоненти во мрежата на возила 48V“ ги дефинира барањата и тестовите за компонентите за употреба во мрежата на 48V на бродот.
Прашања до технологијата
[1] Внатрешна мрежа од 48V волти - клучна технологија на патот до електромобилност, ZVEI - Централно здружение на здружението на производители на електрични и електронски.
[4] 48V технологија, Бернхард Клајн, Оливер Мајвалд, ISBN 978-3-86236-102-1
[5] VDA320, препорака за VDA Електрични и електронски компоненти во моторни возила 48V мрежа на брод
48V семинар
48V Bordentzsysteme - СЕМИНАР - Основи, компоненти, дизајн и примена
Семинарот за мрежни системи на 48V во авион започнува со општата дефиниција за електрични системи на одборот на 48V и дискутира од каде доаѓа намерата за ново ниво на напон. Се дискутира за структурата и функцијата на потребните компоненти и се изведуваат критериумите за дизајн.
Содржина на семинарот:
Вовед:
Поглавје 1: Апликации и области на употреба