En los automóviles , un sistema eléctrico de 42 voltios fue un estándar de energía eléctrica propuesto a fines de la década de 1990. Estaba destinado a permitir accesorios eléctricos más potentes y arneses de cableado de automóviles más ligeros . Se propuso el uso de motores eléctricos para dirección asistida u otros sistemas, proporcionando instalaciones más compactas y eliminando el peso de las correas de transmisión o cables grandes para cargas de alta corriente . El nuevo estándar propuesto era exactamente el triple del voltaje de los sistemas existentes de "12 voltios". El voltaje más alto se seleccionó para proporcionar una mayor capacidad de potencia para el cableado y los dispositivos por un lado, y para mantenerse por debajo del límite de 50 voltios utilizado como guía parapeligro de descarga eléctrica. El fabricante de automóviles europeo Daimler-Benz propuso una marca de 42V para la conversión.
Aunque muchos fabricantes pronosticaban un cambio a sistemas eléctricos de 36 voltios ( batería de iones de litio ) / 42 voltios (voltaje de carga), el cambio no se ha producido y los planes parecen haber sido cancelados. [1] La disponibilidad de motores de mayor eficiencia, nuevas técnicas de cableado y controles digitales, y un enfoque en los sistemas de vehículos híbridos que utilizan generadores / arrancadores de alto voltaje ha eliminado en gran medida el impulso para cambiar los voltajes principales del automóvil. [1] Aplicaciones que alguna vez se pensó que requerían voltajes más altos, como la dirección asistida eléctrica, ahora se han logrado con sistemas de 12 voltios. [1] Los componentes eléctricos de 42 voltios ahora se utilizan solo en unas pocas aplicaciones automotrices, ya que las bombillas incandescentes funcionan bien a 12 voltios y la conmutación de un circuito de 42 voltios es más difícil. [1] [2]
Los sistemas de 48 voltios se están implementando en vehículos híbridos suaves , que agregan asistencia eléctrica a la propulsión y regeneración durante el frenado para ahorrar combustible. [3]
Historia
EE. UU. - Consorcio sobre sistemas eléctricos y electrónicos automotrices avanzados
La SAE discutió un aumento del voltaje estándar de los automóviles ya en 1988. [4]
En 1994, por iniciativa de Daimler-Benz , se llevó a cabo el primer "Taller sobre arquitecturas avanzadas para sistemas de distribución eléctrica automotriz" en el Laboratorio del Instituto de Tecnología de Massachusetts para Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos (MIT / LEES) en Cambridge , Massachusetts , EE. UU. con el objetivo de definir la arquitectura de un futuro sistema eléctrico automotriz. Desde el principio, los participantes de este taller incluyeron proveedores, así como las empresas de automóviles Daimler-Benz , Ford y General Motors .
En septiembre de 1995 se compararon diversas arquitecturas de sistemas eléctricos en el MIT utilizando la herramienta "MAESTrO", y en diciembre de 1995, en las "Conclusiones" de este estudio, se definió un nivel de voltaje futuro de aproximadamente 40 V.
A principios de 1996, se creó el "Consorcio sobre sistemas eléctricos y electrónicos automotrices avanzados". En el siguiente taller de marzo de 1996, se confirmó la futura tensión nominal de 42 V.
En agosto de 1996, IEEE Spectrum [5] publicó el artículo "Sistemas eléctricos automotrices alrededor de 2005".
Con motivo de la Convergencia de octubre de 1996 en Detroit, el profesor John G. Kassakian (MIT) dio una charla titulada "El futuro de los sistemas eléctricos automotrices" como parte del "Taller IEEE sobre electrónica de potencia automotriz".
El 24 de marzo de 1997, Daimler-Benz presentó al MIT un "Proyecto de especificación de un sistema de energía eléctrica para vehículos de doble voltaje 42V / 14V".
Europa
Paralelamente a las actividades en EE. UU., En 1994, de nuevo por iniciativa de Daimler-Benz , la antigua SICAN GmbH celebró su primer "Forum Bordnetz" (Foro de sistemas eléctricos de vehículos) en Hannover para las empresas automovilísticas alemanas. También en este caso, se invitó a los proveedores a participar en una fase muy temprana, junto con todos los fabricantes de vehículos europeos.
El 15 de febrero de 1996 se acordó el documento introductorio "Bordnetzarchitektur im Jahr 2005" (Arquitectura del sistema eléctrico automotriz para el año 2005), y el 4 de junio de 1996, BMW presentó el "Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz" (Tabla de cargas presentes y futuras en el vehículo de motor) y el "42V / 14V-Bordnetz" (42V / 14V PowerNet).
El 13 de septiembre de 1996, en el VII Encuentro Técnico Internacional de Electrónica de Vehículos en Baden-Baden , despertó un interés considerable el documento "Neue Bordnetz- Architektur und Konsequenzen" (Nueva Arquitectura y Consecuencias del Sistema Eléctrico Automotriz), presentado por el Dr. Richard D. Tabors (MIT).
El 6 de marzo de 1997, BMW presentó el "Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V / 14V" (Proyecto de especificación de un sistema de energía eléctrica para vehículos de doble voltaje 42V / 14V) en Hannover.
El trabajo en SICAN GmbH recibió un impulso decisivo gracias a la cooperación entre BMW y Daimler-Benz , como se demuestra en su definición conjunta de la "Lista de carga 2005" europea y el "Proyecto de especificación de un sistema de energía eléctrica de vehículo de doble voltaje 42V / 14V ".
En 2011, varios fabricantes de automóviles alemanes acordaron una red de suministro de energía eléctrica a bordo de 48 V que complementa la red actual de 12 V e introdujeron el "enchufe combinado", un enchufe de alimentación común para la carga de vehículos eléctricos con CC. [6] A partir de 2018, este sistema eléctrico de 48 voltios se ha aplicado en vehículos de producción como los SUV Porsche y Bentley , y Volvo y Audi planean usar el estándar de 48 voltios en vehículos de 2019. [7]
Elección de voltaje
Las baterías de plomo-ácido de seis celdas producen alrededor de 12,6 voltios mientras se descargan, y sus correspondientes alternadores automotrices están diseñados para producir de 13,5 a 14,5 voltios durante la carga. [1] 42 voltios es una aproximación de la salida del sistema de carga del nuevo estándar. [2] El actual sistema eléctrico automotriz nominalmente de 12 V generalmente opera alrededor de 13,8 voltios, por lo que 14 V es descriptivo. La literatura sobre sistemas eléctricos de 42 voltios a menudo se refiere a sistemas alimentados con una batería de plomo-ácido de 6 celdas como nominalmente 14 voltios. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, el voltaje del sistema eléctrico del vehículo actual puede variar entre 6,5 y 16 V, con un grado variable de ondulación superpuesto a este valor.
Después de un extenso trabajo preparatorio, que dio como resultado la "Lista de cargas en el automóvil del año 2005", se compararon varias arquitecturas de sistemas eléctricos automotrices utilizando la herramienta "MAESTrO" ( 12 V, 12 V / 24 V DC, 12 V / 48 V DC y 12 V / 60 V AC ) en el taller de septiembre de 1995 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT / LEES). El hallazgo de este estudio fue que el voltaje directo más alto posible era la mejor alternativa.
El factor limitante para voltajes continuos es un límite de protección contra riesgo de descarga de 60 V, que no debe excederse incluso durante las fluctuaciones de voltaje causadas por condiciones extremas. Este límite elimina la opción de un sistema eléctrico automotriz con un voltaje de batería nominal de 48 V, porque a bajas temperaturas el voltaje de carga de la batería puede alcanzar 60 V. Además, el precio, peso y volumen de las baterías están influenciados por el número de baterías. células, que por lo tanto deben mantenerse al mínimo.
Las nuevas tecnologías de baterías para aplicaciones automotrices no habrían estado disponibles a costos asequibles para el PowerNet de 42 V / 14 V. Las baterías de plomo-ácido son económicas y tienen una característica de carga / descarga muy "compatible". Por lo tanto, las baterías de plomo-ácido se habrían utilizado optimizadas para la energía y la vida útil a la tensión más baja y optimizadas para la energía a la tensión más alta.
Otro criterio importante para una nueva arquitectura fue que debería permitir la conversión gradual de cargas al sistema de voltaje más alto según se requiera.
En un sistema de 42 V / 14 V , la derivación de 14 V debería haberse liberado de cargas de mayor potencia y debería funcionar dentro de límites mucho más estrechos.
La electrónica de potencia es cada vez más importante en el ámbito de la automoción y será un factor decisivo en el precio de los vehículos del futuro. Por tanto, este criterio fue especialmente importante a la hora de seleccionar el nivel de tensión superior más adecuado. A pesar de la considerable tendencia al alza de la electrónica de potencia en aplicaciones automotrices, su participación en el mercado disminuirá, porque las tasas de crecimiento en otros segmentos del mercado son aún más altas. Solo por esa razón, una tecnología de fabricación específica para uso en automoción es inconcebible. [ cita requerida ]
En intensas discusiones con los principales fabricantes de semiconductores, se descubrió que una tensión de aproximadamente 40 V era ventajosa. Muchos argumentos se resumen en el documento "Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze" [8] ("Semiconductores de potencia inteligentes para futuros sistemas eléctricos automotrices" [9] ) presentado por el antiguo Siemens Semiconductors (ahora Infineon ) en el 17 "Elektronik im Conferencia Kraftfahrzeug "(In-Car Electronics) el 3 de junio de 1997 en Munich.
Otros argumentos a favor de un voltaje más alto incluyen la reducción de peso en el sistema de cableado, la mejora de la estabilidad y la reducción de la caída de voltaje . Con tres veces el voltaje, los conductores gruesos se pueden reducir a un tercio de la sección transversal y, al mismo tiempo, la caída de voltaje relativa también se puede reducir a un tercio. Para la misma sección transversal, la caída de voltaje relativa ahora no es más de un noveno. El nivel de voltaje resultante de estos argumentos estaba tan cerca de tres veces el voltaje actual que 42 V se convirtió en la elección automática para el segundo nivel de voltaje.
Ver también
- Batería automotriz
- Voltaje muy bajo
- Vaciado de la carga
Referencias
- ↑ a b c d e Mike Allen (1 de octubre de 2009). "¿Qué pasó con el coche de 42 voltios?" . Mecánica popular . Consultado el 14 de mayo de 2010 .
- ^ a b Holt, D., ed. (2003). El sistema eléctrico de cuarenta y dos voltios . Sociedad de Ingenieros Automotrices . ISBN 0-7680-1297-X.
- ^ Tracy, David (13 de enero de 2017). "Todo lo que necesita saber sobre la próxima revolución eléctrica de 48 voltios en automóviles" . Jalopnik .
- ^ Randy Rundle (marzo de 2002). "El próximo sistema eléctrico de 42 voltios" (PDF) . Intercambio de reconstructores eléctricos . Archivado desde el original (PDF) el 15 de junio de 2010 . Consultado el 14 de mayo de 2010 .
- ^ "Sistemas Eléctricos Automotrices Circa 2005" . Archivado desde el original el 6 de mayo de 2011 . Consultado el 2 de diciembre de 2011 .
- ^ Hammerschmidt, Christoph (16 de junio de 2011). "Los fabricantes de automóviles alemanes acuerdan la alimentación a bordo de 48 V y el enchufe de carga" . eeNews Automotive .
- ^ Mayersohn, Norman (8 de febrero de 2018). "Para impulsar el futuro, los fabricantes de automóviles dan vuelta a los sistemas de 48 voltios" . The New York Times .
- ^ Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze
- ^ "Semiconductores de potencia inteligente para futuros sistemas eléctricos automotrices" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 13 de agosto de 2011 . Consultado el 1 de diciembre de 2011 .
- Alfons Graf: la nueva PowerNet automotriz de 42V . experto-Verlag, Renningen-Malmsheim 2001, ISBN 3-8169-1992-8 .
- Daniel J. Holt: El sistema eléctrico de 42 voltios . Sociedad de Ingenieros Automotrices, 2003, ISBN 9780768012972 .
enlaces externos
- Ponencia de Emilian Ceuca: " Los estándares de arquitectura de red de energía de 42 voltios " (PDF) . (65,0 KB)
- Halbleiter im 42V-Bordnetz Dr. Alfons Graf Infineon Technologies, Munich Octubre de 2001
- Informe Powernet de 42 V Archivado el 4 de marzo de 2016 en la Wayback Machine Mike Weighall, Digatron / Firing Circuits, Aquisgrán, enero de 2003