Вікі "Електронна електроніка" факультету електротехніки та інформаційних технологій

Інструменти користувача

Інструменти веб-сайту

Бічна панель

навігація

Зміст

Електрична система 48В

Наступне покоління джерела живлення?
rebholz_48v_systems_htwg-konstanz.pdf

Отже, що може бути більш очевидним, якщо настільки знизити напругу, щоб усі захисні заходи можна було пропустити - так це, звичайно, може бути лише рівень напруги 300А), щоб безпечно розподілятись у транспортному засобі.

Другим фактором, що спричиняє нову ситуацію з напругою, є збільшення зростаючого споживчого середовища. Комфортні споживачі, такі як електромеханічні системи керування динамікою, вимагають максимальної потужності понад 1 кВт. Навіть інтелектуальні електричні системи на 12 В з цим не справляються. Навіть сучасний трифазний генератор просто переганяється з такими короткостроковими додатковими вимогами.

Більш високий рівень напруги при достатньому накопичувачі також принесе рішення сюди. Або взагалі: що робити, якщо бортова мережа 12 В має занадто мало потужності - але потужність не виправдовує системи ВН?

Зараз постачальники реагували та розробили значну різноманітність компонентів на основі нового рівня напруги 48 В. Впровадження та готовність приймати рішення з боку виробників все ще обмежені, тому нинішні запуски серії з участю 48 В все ще є керованими.

Далі, ризики та можливості нової технології 48 В більш детально розглядаються з точки зору розвитку електроніки.

48В: Чому номер здається мені таким звичним?

Так, номер виглядає знайомим нашим старшим колегам. На початку 90-х років були зроблені спроби підняти всю бортову мережу 12 В до мережі 42 В. Тоді, як і зараз, ситуація з номінальною напругою базувалася на наявних системах накопичення.

Витвір мистецтва

В даний час розробляється широкий спектр додатків на 48 В. У найпростішому застосуванні мережа 48 В складається з декількох компонентів, які живляться з боку 12 В. Підмережа роз'єднана за допомогою перетворювача постійного/постійного струму та забезпечена пам'яттю, щоб забезпечити перехідні піки потужності, наприклад для споживачів шасі або електричного турбокомпресора. Бортова мережа 12 В з часом лише трохи навантажується (кілька 100 Вт), тоді як на стороні 48 В можливі короткочасні виходи в діапазоні кВт. Прикладом цього є, наприклад, електрична стабілізація рулону в Audi SQ7 [2].

Якщо за допомогою рівня 48 В необхідно досягти значного зниження СО2, потрібно знайти можливість перетворити електричну енергію в рух автомобіля. Потім додатково до опори двигуна для балансування енергетичного балансу в системі 48 В слід використовувати синхронну машину. Тут використовується цикл заряду/розряду, описаний вище, залежно від передбачуваного профілю руху.

Тип підключення до приводу є визначальним для ефективності або максимально корисного додаткового крутного моменту систем. У більшості випадків використовується відома топологія, яка розширюється до бортової мережі 48 В. Найпростіший варіант - це заміна трифазного генератора на 12 В на генератор ремінного пуску на 48 В (RSG). Цю конфігурацію можна знайти, наприклад, у поточному Renault Scenic [3] з піковою потужністю 10 кВт. Недоліком є те, що двигун повинен буксируватися через RSG при електричному русі. Крім того, ремінь повинен мати можливість передавати потужність або створювати достатній крутний момент для запуску двигуна.

Ефективним рішенням є розміщення електричної машини за двигуном або коробкою передач. При електричному русі двигун може бути роз'єднаний, потужність передається безпосередньо на приводний вал. Однак цей варіант із інтегрованим генератором стартера (ISG) вимагає далекосяжних заходів щодо компонентів трансмісії, зчеплення та приводу, і тому не може бути легко інтегрований у існуючу конфігурацію.

Давид проти Голіафа - 48V проти 400V (HV) системи

Налагоджена бортова мережа 48 В в транспортному засобі відкриває нові можливості для багатьох спеціалізованих областей у реалізації своїх функцій, які раніше можна було вирішити лише механічно. Електрична стабілізація валка, яка вже проводиться у серійному виробництві, є лише одним із прикладів серед багатьох застосувань. Над іншими програмами, такими як електричний турбонаддув або системи пневматичної підвіски, гарячково працюють. Навіть доочищення вихлопних газів можна оптимізувати за допомогою 48В компонентів. Впровадження рівня 48 В сповільнюється лише небезпечним розвитком електромобілів.

Якщо нові компоненти повинні бути підняті до рівня 48 В, добре знаючи, що подальша інтеграція в електромобілі є невигідною?

Нова розробка пристрою управління завжди є дорогою і трудомісткою. Якщо особлива наявність компонентів 48 В в електромобілях примушує додатковий рівень напруги на додаток до напруги 12 В і ВН, сьогоднішня перевага згасне або перетвориться на недолік. Інтеграція в електричний транспортний засіб означає іншу акумуляторну систему, яка повинна забезпечуватися додатковим перетворювачем постійного струму постійного струму HV/48V.

Для виробників транспортних засобів, які адаптують споживання автопарку до законодавчої бази, запроваджуючи електричні та гібридні транспортні засоби, технологія 48 В, безсумнівно, відіграє субординаційну роль. Якщо двигун внутрішнього згоряння продовжується, неможливо обійти впровадження «легкої» електрифікації через рівень 48 В. На найвищому етапі розширення можна показати, що системи ISG обіцяють подібну перевагу CO2, аналогічну гібридним системам першого покоління.

Переваги 48В технології

На додаток до зменшення споживання за допомогою опори електродвигуна або відновлення гальмівної енергії, новий рівень напруги пропонує можливість легкого живлення споживачів електроенергії з піковою потужністю більше 1 кВт. У сучасних автомобілях преміум-класу встановлена споживча потужність становить приблизно 6-8 кВт. З іншого боку є генератор потужністю 3-3,5 кВт. Тому інтелектуальне управління енергією має важливе значення для збалансованого балансу заряду. Залежно від ситуації водіння та терміновості, окремі споживачі мають бути пріоритетними. Наприклад, розморожуванню заднього або переднього вікна завжди буде надаватися пріоритет. Комфортні функції, такі як обігрів сидіння або керма, можуть регулюватися, якщо це необхідно. Більше неможливо знайти інших споживачів сильної струму на стороні 12 В. Особливо, якщо мова йде про споживачів, які повинні бути постійно доступними, такі як шасі, системи очищення приводу або вихлопних газів. Споживачі, які діють лише епізодично, з потужністю менше 1 кВт, можуть залишатися на стороні 12 В у майбутньому. Можливі кандидати на підвищення на сторону 48 В:

- Опалення вікон
- Охолоджуючий вентилятор
- Внутрішній вентилятор
- внутрішній PTC
- електричне рульове управління
- Системи опалення загалом

Зі збільшенням напруги струм падає пропорційно, що може призвести до незначної переваги ваги в електропроводці транспортних засобів. У той же час неможливо буде компенсувати додаткову вагу, необхідну блоку зберігання, перетворювачу постійного струму та, можливо, RSG.

Недоліки технології

Застосування нової технології 48 В, природно, також має недоліки. На першому етапі існування, додаткові зусилля з точки зору витрат та ваги щодо додаткової функціональності та оптимізації CO2 повинні бути виправдані. В іншому випадку кожен рівень управління змусить ідею знову зникнути як приємний трюк з боку інженерів-електриків. Бортову мережу 48 В не можна використовувати повністю без техніки безпеки. Як і у випадку із звичайною бортовою мережею на 12 В, слід якомога більше уникати короткого замикання. Оскільки струми витоку на стороні 12 В вже класифікуються як критичні, небажані потоки струму в системах 48 В також слід запобігати. Застосовувані одиниці зберігання 48 В зазвичай вимикаються в режимі очікування через сепаратор. Тим не менше, деякі робочі пункти залишаються щодо техніки безпеки:

- Як технічний спеціаліст розпізнає компонент 48В?
- Як можна виявити безпечний вимкнений стан у майстерні?
- Як він захищений від повторного ввімкнення?
- Як перевіряють компоненти 48 В після аварії?

Усі пункти є робочими точками, які необхідно враховувати відповідно. Більш критичним є той факт, що небажані дуги можуть утворитися у разі несправності. Можна розрізнити два типи дуги. Послідовні дуги виникають завжди, коли поточний потік переривається, наприклад, коли обривається лінія або коли контакти натягуються під навантаженням. Підключена лінія з її самоіндуктивністю діє як джерело струму або струм струму підтримується постійним, незалежно від того, присутній провідник чи ні. У разі переривання лінії поточний потік буде продовжуватися як послідовна дуга по плазмі. Послідовні дуги можна запобігти кількома способами:

- Переконайтеся, що під навантаженням не можна зняти контакти
- Контрольована прокладка кабелю в транспортному засобі, уникнення зон аварій
- Збільшена вхідна потужність на уражені блоки управління
- Гвинтові контакти (попереджається ненавмисне видалення замовником або службою)

Робота з паралельними дугами зі слабким струмом ще не вирішена і була предметом суперечок серед експертів. Якщо повне коротке замикання неминуче спрацьовує на захист лінії або запобіжник акумулятора, струм несправності, який знаходиться в порядку величини споживчих струмів, залишається непоміченим. Паралельні дуги можливі лише в тому випадку, якщо зворотний провідник виконаний над корпусом аналогічно технології 12 В. Імовірно, струми несправностей ніколи не можна повністю запобігти відповідно до мережі 12В. Однак ймовірність появи повинна бути мінімізована за допомогою відповідних заходів. Прагматичне рішення полягає в тому, щоб забезпечити відсутність електричної дуги. Це розробляється за допомогою конструктивних рішень:

- У зоні аварії транспортного засобу відсутні кабелі
- Деактивація бортової мережі 48 В при виявленні аварії
- Посилена кабельна оболонка в критичних зонах
- Відстань до сусідніх 12В ліній

Вражаючим лабораторним експериментом є запалення дуги за допомогою блоку живлення з можливістю 50 В. На малюнку показано моделювання дуги з блоком живлення, обмеженим 5А, та двома стандартними лабораторними штепсельними контактами. Дуга може запалюватися, як сірник, і залишається стабільною приблизно на 6 мм, доки ви добровільно не відпустите контакти через розвиток тепла.

Різні рішення для виявлення дуги відомі із суміжних інженерних наук, таких як фотоелектрика або технологія середньої напруги. Більшість методів використовують для цього інформацію з частотного діапазону, оскільки в багатьох випадках дуга помітна як широкосмуговий перешкода. Усі методи мають недолік додаткових апаратних витрат або ще не змогли довести, що вони надійно функціонують у всіх випадках протягом всього терміну служби автомобіля.

Окрім дуг, існує ще один сценарій жахів, який, крім пожежі транспортного засобу, означає економічну повну втрату транспортного засобу. Небажані перехресні перешкоди або гальванічне з'єднання з низьким опором між двома підмережами, в яких термінал 30 витягується до потенціалу 48 В протягом більш тривалого періоду, означає певну смерть як для зв'язку, так і для вхідних схем більшості блоків управління. Залежно від топології транспортного засобу або використовуваної пам'яті (особливо його продуктивності), велику частину блоків управління 12В доведеться замінити. Отже, небажані перехресні перешкоди між рівнями напруги повинні враховуватися як у кожному блоці управління, що зазнає впливу, так і при прокладанні кабелів. Конструктивних заходів зазвичай достатньо для запобігання перехресним зв’язкам. Перетворювач постійного струму/постійного струму є винятком, він є зв'язком між двома підмережами і тут розглядається як критична складова. Відповідні класифікації ASIL із збереженими мірками повинні запобігати підтриманню максимальних напруг на обох сторонах перетворювача.

Скільки акумуляторів потрібно транспортному засобу

Зменшення акумуляторів на 12 В повинно сприяти зменшенню ваги, а також конструктивним заходам в кузові автомобіля. Максимальна кількість різних акумуляторів у транспортному засобі досягається, якщо в гібридному транспортному засобі виникає необхідність забезпечити 48-вольтовий компонент острівним рішенням. На додаток до акумулятора 12 В і HV, в автомобіль повинна бути вбудована пам’ять 48 В. Однак це, звичайно, не буде нормою.

Автомобільний акумулятор 12 В можна позбутися в автомобілі з 48 В RSG або ISG?

Технологія стандартизації/тестування

Для безперебійної взаємодії різних компонентів кожна технологія вимагає певних умов експлуатації та правил, у межах яких компоненти рухаються. На додаток до заданих значень, у цих правилах повинна бути визначена робоча поведінка в граничних робочих точках, а також захист від перешкод та граничні значення випромінювання. Тестова специфікація VDA320 [5] "Електричні та електронні компоненти в бортовій мережі автомобіля 48 В" визначає вимоги та випробування компонентів для використання в бортовій мережі 48 В.

Запитання до технології

[1] Електрична система на 48 В - ключова технологія на шляху до електромобільності, ZVEI - Центральна асоціація електричної та електронної промисловості e.V.

[4] 48V Technology, Бернхард Кляйн, Олівер Майвальд, ISBN 978-3-86236-102-1

[5] VDA320, рекомендація VDA Електричні та електронні компоненти в моторних транспортних засобах бортової мережі 48 В

48В семінар

48V Bordentzsysteme - СЕМІНАР - Основи, компоненти, дизайн та застосування

Семінар з електропроводки 48 В розпочинається загальним визначенням електропроводки 48 В і обговорюється, звідки походить намір щодо нового рівня напруги. Обговорюються структура та функції необхідних компонентів та виводяться критерії проектування.

Зміст семінару:
Вступ:

Глава 1: Програми та сфери використання