В каждом уголке мира автомобильной энергетики ведутся дискуссии и дебаты о преимуществах сетей питания 48 В по сравнению с устаревшими сетями питания 12 В. Диалог начался более 20 лет назад, но сейчас тон более серьезный. Это не тот случай, когда все старое снова становится новым, а результат растущего аппетита к большей электрической мощности в транспортных средствах. Сегодняшние транспортные средства — и будущие поколения — требуют больше мощности для своих ADAS и других систем безопасности, информационно-развлекательных систем и общих систем комфорта пассажиров. Чтобы удовлетворить растущий спрос на низковольтное питание, необходимо увеличить мощность низковольтной сети питания в два или три раза по сравнению с концом 20-го века. Подача энергии более эффективна при более высоком напряжении, и сегодня 48 В является консенсусным напряжением для этого более высокого уровня.

Очевидные преимущества перехода на 48 В

Технология 48 В соответствует требованиям SELV. Она считается безопасной для работы по сравнению с более высокими напряжениями. Далее, практические преимущества сети питания 48 В по сравнению с сетью 12 В основаны на законе Ома, который гласит, что сеть 48 В будет потреблять меньший ток, чем сеть 12 В, чтобы обеспечить аналогичную мощность. Например, для обеспечения мощности 1200 Вт с помощью сети 12 В требуется 100 ампер, тогда как для сети 48 В потребуется всего 25 ампер.

Это базовое преимущество обусловливает целый ряд преимуществ на уровне транспортного средства.

Более ощутимо, что сеть 48 В будет использовать провод меньшего калибра, чем 12 В, и будет иметь более высокую электрическую эффективность. Таким образом, не только жгут проводов будет весить меньше из-за меньшего содержания меди, но и более высокая эффективность позволит большему количеству энергии достигать нагрузки. В транспортном средстве основные силовые кабели могут быть уменьшены с провода 4 калибра до провода 10 калибра, что снизит содержание меди более чем на 70%, что приведет к существенной экономии средств. Провод 10 калибра также по крайней мере на 67% меньше в диаметре, что обеспечивает большую эффективность при прокладке проводов и усилиях по установке. И, конечно, есть экономия веса жгута проводов до 80% при переходе с 12 В на 48 В. Это может быть существенным, от 5 до 10 кг (от 11 до 22 фунтов), в зависимости от размера и содержимого транспортного средства. Это делает преобразование с 12 В на 48 В редкой тройной победой для команды транспортного средства. Он легче, проще в сборке и стоит дешевле.

Также есть преимущества в точке нагрузки для различных устройств, потребляющих энергию в транспортном средстве. Двигатели 48 В потребляют меньший ток при той же мощности, что делает их более эффективными и снижает тепло, вырабатываемое и теряемое двигателями. Это приводит к более низким рабочим температурам и дает инженерам возможность уменьшить размеры самих устройств, снова экономя объем и массу. Аналогичные сокращения применяются ко всем моторизованным нагрузкам в автомобиле, поэтому экономия каскадно распространяется по всему транспортному средству при переходе на 48 В.

48 В не только для электромобилей

Переход на 48 В был в первую очередь обусловлен растущей электрификацией автомобиля. Умеренные (старт/стоп) гибриды, гибриды и подключаемые гибриды используют некоторые цепи 48 В для мощных нагрузок в транспортных средствах. Электромобилям необходимо понижать напряжение высоковольтной батареи, а 48 В — это естественный мост, используемый многими другими электрическими приложениями. Производители, выпускающие только электромобили, лидируют в принятии сетей питания 48 В, но традиционные OEM-производители, создающие смесь ДВС, гибридных и полностью электрических транспортных средств, также исследовали преимущества 48 В.

Устаревшие ICE с 12-вольтовыми генераторами оптимизировали затраты на сотни высоконадежных устройств, используемых в автомобиле, обеспечивая высокоэффективную готовую систему питания. Современные генераторы рассчитаны на подачу тока от 65 до 130 ампер, что ограничивает доступную мощность до менее 2,0 кВт. С учетом более высоких электрических нагрузок, поступающих в новейшие автомобили, 12-вольтовый генератор не справляется с потребностями в токе и мощности.

Сегодня OEM-производителям приходится проектировать элементы управления питанием, которые сбрасывают нагрузку во время событий с высоким потреблением энергии. Например, пикапу с системой плуга потребуется сбросить нагрузку обогрева сидений и окон, чтобы управлять гидравликой плуга. Учитывая эти типы компромиссов и работу, связанную с проектированием этих систем управления питанием, переключение транспортных средств с ДВС на генератор переменного тока 48 В имеет больше смысла. Это удовлетворяет спрос на повышенную мощность и повышает общую эффективность. OEM-производители увидели, что 48 В могут сделать для электромобилей. Теперь они разумно размышляют о преимуществах перехода на генератор переменного тока 48 В для своих платформ с ДВС.

Зональные архитектуры 48 В — это мост в мир 48 В

Главным препятствием для полного преобразования транспортного средства с 12 В на 48 В всегда были сотни версий 48 В силовых нагрузок, которые необходимо было бы создать и проверить. С критической массой силовых нагрузок транспортного средства, превышающей 2 кВт и достигающей 4 кВт или более, преимущества перехода на 48 В достигают переломного момента. Чтобы осуществить этот переход без перегрузки поставщиков и инженерных отделов, зональная архитектура 48 В стала мостом, необходимым для преодоления пропасти.

Зональная архитектура 48 В позволяет первичной генерации электроэнергии и шине перейти на 48 В, сохраняя при этом сочетание устройств 12 В и 48 В. Первичные сети электропитания, спроектированные как системы 48 В, получают экономию первичной стоимости и веса за счет уменьшения размера силовых кабелей с 4 до 10 калибра. Она также поддерживает необходимое увеличение мощности для питания множества новых и энергоемких систем в современных транспортных средствах.

Зональная архитектура 48 В во многом заимствует архитектуру зонального контроллера, которая внедряется многими OEM-производителями для уменьшения количества контроллеров IC в автомобиле. Фактически, зональная архитектура 48 В дополняет эту архитектуру контроллера.

Новые микро-преобразователи постоянного тока, такие как NBM2317 и DCM3735 от Vicor, добавляются к зоне контроллера для создания локальной сети 12 В, что позволяет смешивать нагрузки 12 В и 48 В в зоне контроллера. Также возможно развертывание этих миниатюрных преобразователей постоянного тока в точку нагрузки, независимо от контроллера. Развертывание преобразования 48 В в 12 В в зональных ЭБУ или точках нагрузки создает архитектуру, рассчитанную на будущее. По мере увеличения количества 12 В

нагрузки меняются на 48 В, локальные преобразователи 48 В в 12 В могут быть удалены, пока весь автомобиль полностью не перейдет на нагрузки 48 В. Это дает OEM-производителю контроль над темпами внедрения, так что можно управлять рабочей нагрузкой и бюджетами на проверку. Это будет особенно полезно, поскольку силовые агрегаты на базе ICE принимают 48-вольтовые генераторы переменного тока, а OEM-производители наращивают спрос на большие объемы устройств 48 В. Скорость, с которой как ICE, так и электрифицированные платформы сходятся на единой архитектуре 48 В, несомненно, ускорится в ближайшие годы.

48 В -это новые 12 В для xEV и ICE
Автомобильная промышленность в настоящее время преодолевает пропасть между архитектурами питания на основе 12 В и архитектурами 48 В. Чтобы достичь другой стороны (полностью 48-вольтовой системы питания), OEM-производители будут использовать зональную архитектуру в качестве моста. Это обеспечивает легкий, самостоятельный переход, который уравновешивает технические преимущества, экономию средств и инженерные ресурсы. Зональный подход извлекает выгоду из значительных преимуществ дизайна и веса, позволяя OEM-производителям двигаться в ритме, который соответствует их бизнес-стратегии. Более тонкие провода, миниатюрные модули преобразователей постоянного тока в постоянный и последующая консолидация обеспечивают дополнительную экономию пространства и веса, при этом решительно повышая мощность и производительность. Зональная архитектура 48 В, использующая высокоплотные силовые модули, проста в проектировании, легко масштабируется и имеет мало компромиссов. Это самый быстрый путь к 48 В, и он обеспечивает немедленное повышение производительности.