Hispanopedia WikiEn el sector automotriz , a finales de la década de 1990 se propuso un sistema eléctrico de 42 voltios como estándar. Su objetivo era facilitar el uso de accesorios eléctricos cada vez más potentes y un cableado más ligero . Se propuso el uso de motores eléctricos para la dirección asistida y otros sistemas, lo que permitiría instalaciones más compactas y eliminaría el peso de las correas de transmisión o los cables gruesos para cargas de alta corriente .
El nuevo estándar propuesto triplicaba exactamente el voltaje de los sistemas de 12 voltios existentes. Se seleccionó este voltaje más alto para proporcionar mayor capacidad de potencia al cableado y los dispositivos, por un lado, y para mantenerse por debajo del límite de 50 voltios utilizado como referencia para el riesgo de descarga eléctrica, por otro . El fabricante de automóviles europeo Daimler-Benz propuso una marca de 42 V para la conversión.
Aunque muchos fabricantes predecían un cambio a sistemas eléctricos de 36 voltios ( batería de iones de litio ) / 42 voltios (voltaje de carga), el cambio a "42 V" no se produjo a principios del siglo XXI, y los planes se abandonaron en su mayoría en 2009. [ 1 ] La disponibilidad de motores de mayor eficiencia, nuevas técnicas de cableado y controles digitales, y un enfoque en sistemas de vehículos híbridos que utilizan arrancadores/generadores de alto voltaje eliminaron en gran medida el impulso interindustrial de la década de 2000 para elevar los voltajes principales de los automóviles. [ 1 ] Las aplicaciones que antes se creía que requerían voltajes más altos, como la dirección asistida eléctrica, posteriormente se lograron con sistemas de 12 voltios. [ 1 ] A finales de la década de 2000, los componentes eléctricos de 42 voltios se utilizaban 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 ]
En la década de 2010, los sistemas eléctricos de 48 voltios se popularizaron.
Historia
Estados Unidos – Consorcio sobre Sistemas Eléctricos y Electrónicos Avanzados para la Automoción
La SAE ya discutió un aumento del voltaje estándar para automóviles en 1988. [ 3 ]
En 1994, por iniciativa de Daimler-Benz , se celebró el primer "Taller sobre Arquitecturas Avanzadas para Sistemas de Distribución Eléctrica Automotriz" en el Laboratorio de Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT/LEES) en Cambridge , Massachusetts , EE. UU., con el objetivo de definir la arquitectura para un futuro sistema eléctrico automotriz. Desde el principio, los participantes en este taller incluyeron proveedores, así como las compañías automovilísticas 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 Avanzados para Automoción". En el taller posterior, celebrado en marzo de 1996, se confirmó la futura tensión nominal de 42 V.
En agosto de 1996, IEEE Spectrum [ 4 ] publicó el artículo "Sistemas eléctricos automotrices alrededor de 2005".
Con motivo de la conferencia Convergence celebrada en Detroit en octubre de 1996, el profesor John G. Kassakian (MIT) impartió 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 "Borrador de especificaciones de un sistema de alimentación eléctrica para vehículos de doble voltaje de 42 V/14 V".
Europa
Paralelamente a las actividades en Estados Unidos, en 1994, también por iniciativa de Daimler-Benz , la antigua SICAN GmbH celebró su primer " Foro Bordnetz " (Foro de Sistemas Eléctricos para Vehículos) en Hannover , dirigido a empresas automovilísticas alemanas. En esta ocasión, también se invitó a los proveedores a participar desde una fase muy temprana, junto con todos los fabricantes de vehículos europeos.
El 15 de febrero de 1996 se aprobó el documento introductorio " Bordnetzarchitektur im Jahr 2005 " (Arquitectura del sistema eléctrico del automóvil para el año 2005) y el 4 de junio de 1996 BMW presentó la " Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz " (Tabla de cargas presentes y futuras en el vehículo de motor) y la " Bordenetz de 42V/14V " (PowerNet de 42V/14V).
El 13 de septiembre de 1996, en la 7ª Reunión Técnica Internacional de Electrónica para Vehículos celebrada en Baden-Baden , el artículo " Neue Bordnetz-Architektur und Konsequenzen " (Nueva arquitectura de sistemas eléctricos para automóviles y sus consecuencias), presentado por el Dr. Richard D. Tabors (MIT), suscitó un considerable interés.
El 6 de marzo de 1997, BMW presentó el " Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V/14V " (Proyecto de especificación de un sistema eléctrico de doble voltaje para vehículos de 42V/14V) en Hannover.
La colaboración entre BMW y Daimler-Benz dio un impulso decisivo al trabajo en SICAN GmbH , como lo demuestra la definición conjunta de la "Lista de cargas 2005" europea y el "Borrador de especificaciones de un sistema de alimentación eléctrica para vehículos de doble voltaje 42V/14V", ambos elaborados conjuntamente.
Volvo ha utilizado 42 V para algunos de sus híbridos suaves. [ 5 ] [ 6 ]
sistema eléctrico de 48 voltios
La creciente adopción de tecnologías de vehículos híbridos en la década de 2010 llevó a la implementación de sistemas de 48 voltios en vehículos híbridos suaves , que agregan un impulso eléctrico a la propulsión típica del motor de combustión interna (MCI) y facilitan cierta regeneración durante el frenado para ahorrar combustible. [ 7 ]
En 2011, varios fabricantes de automóviles alemanes acordaron una red de suministro de energía eléctrica a bordo de 48 V sobre la red actual de 12 V e introdujeron el "combo plug", un enchufe común para la carga de CC de vehículos eléctricos. [ 8 ] En 2018, este sistema eléctrico de 48 voltios se había aplicado en vehículos de producción como los SUV de Porsche y Bentley , mientras que Volvo y Audi planeaban utilizar el estándar de 48 voltios en los vehículos de 2019. [ 9 ]
En marzo de 2023, Tesla Inc. comenzó la producción del Cybertruck con una arquitectura de 48 voltios, [ 10 ] el primer vehículo de producción en utilizar 48 voltios como voltaje del sistema para todo el sistema de bajo voltaje. Han indicado que su vehículo de próxima generación también utilizará un sistema eléctrico de bajo voltaje de 48 V. [ 11 ]
Elección de voltaje
Las baterías de plomo-ácido de seis celdas producen alrededor de 12,6 voltios durante la descarga, y sus alternadores automotrices correspondientes 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 sistema eléctrico automotriz actual, 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 de 14 voltios. Dependiendo de las condiciones de operación, el voltaje del sistema eléctrico del vehículo hoy puede variar entre 6,5 y 16 V, con un grado variable de rizado superpuesto a este valor.
Tras un extenso trabajo preparatorio, que culminó en la "Lista de cargas en el automóvil del año 2005", se compararon diversas arquitecturas de sistemas eléctricos automotrices utilizando la herramienta "MAESTrO" ( 12 V, 12 V/24 V CC, 12 V/48 V CC y 12 V/60 V CA ) en el taller de septiembre de 1995 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT/LEES). La conclusión de este estudio fue que la tensión continua más alta posible era la mejor alternativa.
El factor limitante para voltajes directos es un límite de protección contra descargas eléctricas de 60 V, que no debe superarse ni siquiera durante fluctuaciones de voltaje causadas por condiciones extremas. Este límite descarta la opción de un sistema eléctrico automotriz con un voltaje nominal de batería de 48 V, ya que a bajas temperaturas el voltaje de carga de la batería puede alcanzar los 60 V. Además, el precio, el peso y el volumen de las baterías se ven influenciados por el número de celdas, que, por lo tanto, debe mantenerse al mínimo.
Las nuevas tecnologías de baterías para aplicaciones automotrices no habrían estado disponibles a precios asequibles para la PowerNet de 42 V/14 V. Las baterías de plomo-ácido son económicas y presentan características de carga/descarga muy flexibles. Por lo tanto, se habrían utilizado baterías de plomo-ácido optimizadas para ofrecer energía y vida útil a menor voltaje, y optimizadas para proporcionar potencia a mayor voltaje.
Otro criterio importante para una nueva arquitectura era que permitiera la conversión gradual de las cargas al sistema de mayor voltaje según fuera necesario.
En un sistema de 42 V/14 V , la rama de 14 V debería estar libre de cargas de mayor potencia y debería funcionar dentro de límites mucho más estrechos.
La electrónica de potencia está adquiriendo cada vez más importancia en el sector automotriz y será un factor determinante en el precio de los vehículos del futuro. Por lo tanto, este criterio fue especialmente importante al seleccionar el nivel de voltaje más adecuado. A pesar de la considerable tendencia al alza de la electrónica de potencia en aplicaciones automotrices, su cuota de mercado disminuirá, ya que las tasas de crecimiento en otros segmentos del mercado son aún mayores. Por esta razón, resulta inconcebible una tecnología de fabricación específica para uso automotriz.
En intensas discusiones con los principales fabricantes de semiconductores, se determinó que un voltaje de aproximadamente 40 V era ventajoso. Muchos argumentos se resumen en el documento " Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze " [ 12 ] ("Semiconductores de potencia inteligentes para futuros sistemas eléctricos de automóviles" [ 13 ] ) presentado por la antigua Siemens Semiconductors (ahora Infineon ) en la 17.ª conferencia " Elektronik im Kraftfahrzeug " (Electrónica en el automóvil) los días 3 y 4 de junio de 1997 en Múnich.
Otros argumentos a favor de un voltaje mayor incluían la reducción del peso en el sistema de cableado, una mayor estabilidad y una menor caída de tensión . Con el triple de voltaje, los conductores gruesos pueden reducirse a un tercio de su sección transversal, y al mismo tiempo, la caída de tensión relativa también puede reducirse a un tercio. Para la misma sección transversal, la caída de tensión relativa ahora no supera un noveno. El nivel de voltaje resultante de estos argumentos era tan cercano al triple del voltaje actual que 42 V se convirtió en la opción automática para el segundo nivel de voltaje.
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 Mike Allen (1 de octubre de 2009). "¿Qué pasó con el coche de 42 voltios?" . Popular Mechanics . Consultado el 14 de mayo de 2010 .
- 1 2 Holt, D., ed. (2003). El sistema eléctrico de cuarenta y dos voltios . Sociedad de Ingenieros Automotrices . ISBN 0-7680-1297-X.
- ↑ Randy Rundle (marzo de 2002). "El próximo sistema eléctrico de 42 voltios" (PDF) . Electrical Rebuilder's Exchange . Archivado del original (PDF) el 15 de junio de 2010. Consultado el 14 de mayo de 2010 .
- ↑ "Sistemas eléctricos automotrices alrededor de 2005" . Archivado del original el 6 de mayo de 2011. Consultado el 2 de diciembre de 2011 .
- ↑ "Generador de arranque integrado (ISG)" . www.media.volvocars.com .
- ↑ "Sobre la idoneidad del sistema eléctrico de baja tensión de 42 V para aplicaciones de tracción en vehículos eléctricos híbridos paralelos" .
- ↑ Tracy, David (13 de enero de 2017). "Todo lo que necesitas saber sobre la próxima revolución eléctrica de 48 voltios en los automóviles" . Jalopnik .
- ↑ Hammerschmidt, Christoph (16 de junio de 2011). "Los fabricantes de automóviles alemanes se ponen de acuerdo sobre el suministro 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 apuestan por los sistemas de 48 voltios" . The New York Times .
- ↑ Sandy Munro, Lars Moravy, Franz von Holzhausen, Drew Baglino, Pete Bannon, David Lau (11 de diciembre de 2023). ¡ Análisis profundo del Cybertruck con 5 ejecutivos de Tesla! Austin, Texas: Munro Live . El evento tiene lugar a las 5:15:7:04, 14:45–18:00. Archivado del original el 11 de diciembre de 2023. Recuperado el 12 de diciembre de 2023 – vía YouTube .
- ↑ "Tesla confirma el cambio al sistema de 48 voltios" . InsideEVs . Consultado el 23 de mayo de 2023 .
- ↑ "Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de agosto de 2011 . Consultado el 1 de diciembre de 2011 .
- ↑ "Semiconductores de potencia inteligentes para futuros sistemas eléctricos automotrices" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 13 de agosto de 2011. Consultado el 1 de diciembre de 2011 .
Enlaces externos
- Artículo de Emilian Ceuca: " Estándares de arquitectura de red eléctrica de 42 voltios " (PDF) . (65,0 KB)
- Dr. Alfons Graf (octubre de 2001). "Halbleiter im 42V-Bordnet" (PDF) . www.vde.com (en alemán). Archivado desde el original (PDF) el 2 de octubre de 2011.
- Informe de Powernet de 42 V archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine . Mike Weighall, Digatron/Firing Circuits, Aquisgrán, enero de 2003.
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