48-вольтовый стартерный генератор для электрических транспортных средств
Рассматривая электрификацию силового агрегата, в этой статье рассматривается, почему архитектура с 48 вольтами имеет смысл, а затем рассматривает некоторые различные варианты монтажа для 48-вольтовых генераторов стартера.
2017 года наблюдался значительный рост по всему спектру автомобильной промышленности - от OEM-производителей автомобилей до производителей мелких компонентов. Еще одной популярной темой была (и до сих пор) электрификация транспортных средств; в частности, 48-вольтовая архитектура. Фактически, учитывая многочисленные результаты, термин «48-volt »(или« 48V »), создаваемый в любой поисковой системе, показывает, что это инженерное решение для транспортных систем находится здесь.
В этой статье я коснусь рассуждений о новом уровне напряжения и углубиться в одно из своих основных применений: 48-вольтовый стартерный генератор.
Почему 48-вольт «почему 48-вольт?». Это важный вопрос, учитывая, что в конце 1990-х годов был предложен 42-вольтовый стандарт электроэнергии для замены стандарта на 12 вольт. Хотя это не набирало оборотов, целью было решить некоторые из тех же проблем, с которыми мы сталкиваемся сегодня, включая более мощные аксессуары с электрическим приводом и более легкие жгуты проводов. Однако есть две основные причины для выбора 48 вольт в качестве номинального значения: безопасность и эффективность
Основной проблемой при увеличении напряжения является потенциальная опасность для безопасности, которую он может налагать на людей. В то время как некоторые продолжают обсуждать, достаточно ли безопасна архитектура на 48 вольт, этот уровень напряжения обеспечивает дополнительную мощность, не требующую дрейфа в область «высокого напряжения».
На рисунке 1 показаны различные уровни напряжения для 48-вольтовой батареи. Предел в 60 вольт (DC) является максимальным безопасным максимумом до того, как напряжение батареи считается слишком опасным, как указано в документе ZVEI «Классы напряжения для электрической мобильности» (PDF). Оптимальная производительность достигается в диапазоне «нормальной работы», однако электронные компоненты внутри транспортного средства должны выдерживать наихудшие условия высокого напряжения.
Рисунок 1. Поля напряжения безопасности
Как я уже говорил, нынешняя 12-вольтовая система не в состоянии справиться с растущим спросом на электроэнергию в обычных транспортных средствах. Однако предложение на 42 вольта было полной заменой 12-вольтовой электрической архитектуры, в то время как 48-вольтовый ее дополняет. 48-вольтовая батарея просто добавляет дополнительный источник питания для новых приложений, что также способствует более плавному вождению. Кроме того, размер и стоимость проводки и компонентов значительно снижаются из-за более высокого напряжения 48-вольтовой батареи.
Более внимательный взгляд на варианты генератора стартера 48 вольт
Имея аналогичный внешний вид для автомобильного генератора (рис. 2), но немного больше по размеру, начальная топологическая позиция стартера генератора на 48 вольт находится на ремне двигателя. Лестничный стартерный генератор (BSG), также известный как архитектура P0 (рис. 3), является экономически эффективным решением, которое может обеспечить снижение содержания CO 2 на 15%.
Рассматривая некоторые системы восстановления рекуперации (PDF), максимальные значения мощности составляют около 10 кВт для механического выхода в режиме повышения и 12 кВт для электрической мощности во время рекуперации - как при 48 вольтах. Хотя эти цифры рассчитаны на короткие промежутки времени, непрерывная мощность BSG может достигать до 5 кВт с максимальной эффективностью 85%.
Рисунок 2. Автомобильный генератор переменного тока
Рисунок 3. Топология стартера P0
Тем не менее, с ужесточением правил выбросов, автомобильные поставщики уровня 1 разработали различные топологии стартового генератора для дальнейшего снижения выбросов CO2 на 48-вольтовых мягких гибридных транспортных средствах. В порядке возрастания эти конфигурации обеспечивают лучшее сокращение выбросов, но становятся все более сложными и дорогостоящими.
Рисунок 4. 48-вольтовая версия гибридного стартового генератора
Стационарный генератор с коленчатым валом (P1)
Как следует из названия, это решение имеет стартовый генератор, установленный непосредственно на коленчатом валу (который преобразует линейное движение поршней во вращательное движение). Это обеспечивает более высокий крутящий момент по сравнению с архитектурой P0 из-за отсутствия ременного привода, и без потерь на ленте существует большая эффективность.
Максимальная потребляемая мощность составляет 10 кВт, но эффективность достигает 94%. Однако одним существенным ограничением этого решения является то, что требования к крутящему моменту могут потребоваться из-за отсутствия отношения момента / скорости между коленчатым валом и стартерным генератором. Примером этой топологии является 2010 Mercedes-Benz S400 BlueHybrid.
Станок с валом (P2 / P3)
Обе архитектуры P0 и P1 установлены на двигателе, но есть другие варианты монтажа, такие как наличие 48-вольтовой электрической машины на входном / выходном валу коробки передач (P2 / P3 соответственно). Обеспечивая механическое разъединение, это приводит к повышению эффективности потока энергии и позволяет создавать гибридные функции (например, электронный привод).
Архитектура P2 либо интегрирована в коробку передач на входном валу, либо прикреплена сбоку, что приводит к усилению рекуперации энергии и электроприводам. Монтаж решения на выходном валу (P3) обеспечивает наивысший уровень вышеупомянутых преимуществ. Очевидным недостатком электрической машины, установленной на валу, является стоимость интеграции.
Электрическая машина с задней осью (P4)
Конечная архитектура в это время включает монтаж на заднем приводе (P4). Это обеспечивает автомобиль с полным приводом, с двигателем внутреннего сгорания спереди и электрической машиной сзади. Максимальная потребляемая мощность архитектур P2-P4 может достигать 21 кВт с эффективностью 95%. Перемещение генератора стартера ближе к задней оси также обеспечивает более гибридную функциональность автомобиля. Новая 48-вольтовая машина способна снизить выбросы CO 2 на 21% в городской среде вождения в зависимости от ее архитектуры.
Более того, для этого мощного приложения требуется значительная часть электроники для его управления. Естественно, силовые МОП-транзисторы играют ключевую роль в этих электронных модулях, но они должны быть способны противостоять наихудшим сценариям, таким как чрезмерные токи и тепловые утечки.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.