Κατά την επόμενη δεκαετία, μπαταρίες 48 volt θα χρησιμοποιούνται σε όλο και περισσότερα οχήματα.
Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά της MAHLE Powertrain Ltd.
Κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας, περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες θα υιοθετήσουν ηλεκτρικά συστήματα 48 volt για να συμβαδίζουν με τις εξελισσόμενες επιλογές υποβοήθησης του οδηγού, τις λειτουργίες ψυχαγωγίας επί του σκάφους και άλλες εφαρμογές εξοικονόμησης ενέργειας. Η αυξανόμενη ζήτηση για ήπια υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (MHEV) βρίσκεται επίσης πίσω από την τάση.
Οι πολυτελείς γερμανικές μάρκες όπως η Audi, η BMW και η Mercedes βρίσκονται ήδη στην πρώτη γραμμή της υιοθέτησης της τεχνολογίας. Ωστόσο, εταιρείες όπως η Ford και η Toyota εκτιμάται ότι θα προσφέρουν σύντομα συστήματα 48 volt σε περισσότερα οχήματα χαμηλότερης κατηγορίας.
«Η εισαγωγή μιας αρχιτεκτονικής 48 volt σε ένα όχημα απαιτεί την εγκατάσταση μιας κατάλληλης μπαταρίας 48 volt παράλληλα με τη συμβατική τροφοδοσία 12 volt», λέει ο Steve Borman, Αρχιμηχανικός ηλεκτρονικών ισχύος στη MAHLE Powertrain Ltd. Έτσι, το πρόσθετο κόστος, το βάρος, ο χώρος συσκευασίας και η πολυπλοκότητα έχουν γενικά περιορίσει αυτή την τεχνολογία σε μεγαλύτερα οχήματα premium κατηγορίας.
«Μέχρι πρόσφατα, τα πακέτα μπαταριών 48 volt δεν είχαν επίσης την πυκνότητα ισχύος, τη θερμική σταθερότητα και τους ρυθμούς φόρτισης που απαιτούνται για την επίτευξη της απαιτούμενης απόδοσης του συστήματος», εξηγεί ο Borman. «Ωστόσο, τα συστήματα 48 volt έχουν γίνει σταδιακά πιο δημοφιλή τα τελευταία χρόνια λόγω της ανάπτυξης βοηθητικών ηλεκτρικών κινητήρων, όπως αντλίες ψυκτικού υγρού, αντλίες λαδιού και αντλίες υδραυλικού τιμονιού».
Η μετάβαση από την τροχαλία στροφάλου και την κίνηση ιμάντα σε κίνηση ηλεκτροκινητήρα για αυτά τα εξαρτήματα παρέχει σημαντικά οφέλη στην οικονομία καυσίμου, λόγω της μείωσης των παρασιτικών απωλειών. Μια αντλία με κινητήρα 48 volt αποδίδει καλύτερα από τις εναλλακτικές 12 volt. Οι πρόοδοι στα ηλεκτρονικά και το λογισμικό επέτρεψαν επίσης πολύ πιο ακριβή έλεγχο της πίεσης, του ρυθμού ροής και του χρόνου απόκρισης αυτών των συσκευών.
Επιπλέον, έχουν αναπτυχθεί και άλλες συσκευές με κινητήρα 48 volt, όπως ηλεκτρικοί υπερσυμπιεστές. Προσφέρουν μεγάλες δυνατότητες για την ενίσχυση της απόδοσης ροπής σε χαμηλές στροφές κινητήρα χωρίς τα προβλήματα υστέρησης των συμβατικών υπερσυμπιεστών.
«Μεγάλη πρόοδος έχει γίνει τα τελευταία χρόνια στην ταχύτητα, την ισχύ και την απόδοση των ίδιων των κινητήρων 48 volt, με το μέγεθος και το βάρος αυτών των συσκευών να μειώνονται σταδιακά και την πυκνότητα ισχύος να αυξάνεται», λέει ο Borman.
Οι γεννήτριες – μίζες με ιμάντα έχουν επίσης αναπτυχθεί για να παρέχουν βελτιωμένη απόδοση σταματήματος εκκίνησης και να διατηρούν τα επίπεδα ισχύος εντός του συστήματος. Και τα συστήματα 48 volt θεωρητικά επιτρέπουν την ανάκτηση ενέργειας πέδησης έως και τέσσερις φορές το επίπεδο των συστημάτων 12 volt, λόγω της υψηλότερης χωρητικότητας ισχύος.
«Η συνεχιζόμενη ώθηση για βελτιωμένη οικονομία καυσίμου και χαμηλότερες εκπομπές ρύπων έχει κάνει την εισαγωγή αυτών των τεχνολογιών 48 volt σταδιακά πιο ελκυστική για τις κύριες εφαρμογές οχημάτων, με την πλειοψηφία των OEM να αναπτύσσουν πλέον MHEV ως βασικά προϊόντα, βασισμένα κυρίως σε βενζινοκινητήρες υψηλής απόδοσης. », επισημαίνει ο Μπόρμαν.
«Οι υψηλότεροι όγκοι παραγωγής που προέκυψαν σε όλα τα συστήματα και συσκευές 48 volt οδήγησαν επίσης σε σημαντικά μειωμένο κόστος».
Σύμφωνα με τον Borman, τα συστήματα 48 volt είναι εγγενώς ασφαλή και δεν απαιτούν τις σημαντικές απαιτήσεις ασφάλειας των plug-in συστημάτων υψηλότερης τάσης. Λέει ότι τα συστήματα 48 volt χρησιμοποιούν παρόμοια καλωδίωση με τα συστήματα 12 βολτ, χωρίς να χρειάζονται ειδικά υλικά. Και, επειδή μπορούν να μεταδώσουν πολύ περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια στο ίδιο ρεύμα με ένα σύστημα 12 volt, οι μηχανικοί αυτοκινήτων μπορούν να μειώσουν το πάχος των καλωδίων για εξοικονόμηση κόστους και βάρους.
«[Παραδοσιακά], το πρόσθετο κόστος, η πολυπλοκότητα και οι προκλήσεις συσκευασίας της εγκατάστασης μιας μπαταρίας 48 volt και των σχετικών συστημάτων σε ένα όχημα έχουν παρουσιάσει στους OEM τεχνικά και οικονομικά εμπόδια που έχουν αποδειχθεί δύσκολο να ξεπεραστούν», ισχυρίζεται ο Borman. «Η τεχνολογία των μπαταριών έχει μόλις πρόσφατα αναπτυχθεί στο στάδιο όπου αυτά τα συστήματα μπορούν να προσφέρουν πραγματικά οφέλη απόδοσης και αποδοτικότητας, επιτυγχάνοντας παράλληλα αποδεκτά επίπεδα ανθεκτικότητας».
Οι μηχανικοί της MAHLE ανέπτυξαν πρόσφατα μια μπαταρία 48 volt που αντιμετωπίζει αυτά τα ζητήματα. Επιτρέπει πολύ υψηλούς ρυθμούς φόρτισης και εκφόρτισης (έως 20 κιλοβάτ αιχμής) από μια συμπαγή μονάδα χαμηλής χωρητικότητας.
«Η χρήση στοιχείων τιτανικού λιθίου υψηλής ισχύος επιτρέπει υψηλούς ρυθμούς φόρτισης και εξασφαλίζει καλή θερμική σταθερότητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας», λέει ο Borman. «Το πακέτο περιλαμβάνει ένα υψηλής απόδοσης, ενσωματωμένο σύστημα ψύξης που διασφαλίζει ότι η θερμοκρασία του στοιχείου διατηρείται εντός του βέλτιστου εύρους».
«Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τη νέα παγκοσμίως εναρμονισμένη διαδικασία δοκιμής ελαφρών οχημάτων (WLTP) δείχνουν ότι το εξελιγμένο σύστημα διαχείρισης της μπαταρίας ήταν σε θέση να διατηρήσει τη ροή ενέργειας σε περιοχές υψηλής απόδοσης», ισχυρίζεται ο Borman. “Αυτό έχει ως αποτέλεσμα πιθανά οφέλη οικονομίας καυσίμου έως και 15 τοις εκατό σε μια συμπαγή εφαρμογή MHEV.”
