УДК 681.3.06

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСЕТИ НАПРЯЖЕНИЯ 42 В

Яковлев Вадим Фридрихович
Самарский государственный технический университет
кандидат технических наук, доцент кафедры Теоретическая и общая электротехника

Аннотация
Электрооборудование автомобиля постепенно усложняется, растет по-требляемая им мощность. В статье анализируются перспективы и итоги исполь-зования напряжения 42 в бортовой сети автомобиля.

Ключевые слова: Автомобильная гибридная электросеть 42/14 В, электрооборудование автомобиля.Automotive 42/14 V hybrid power net


42 VOLTS IN AUTOMOTIVE ELECTRICAL SYSTEMS

Jakovlev Vadim Fridrihovich
Samara state technical university
PhD in technical science, assistant professor, the chair of electrotechnology

Abstract
Automotive electrical system became more complicated and powerful. The article analyzes the future and results of use of 42 volts automotive power net.

Keywords: automotive electrical system.


Библиографическая ссылка на статью:
Яковлев В.Ф. Использование в автомобильной электросети напряжения 42 В // Современная техника и технологии. 2013. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/11/2578 (дата обращения: 04.10.2017).

Электрооборудование автомобилей усложняется и дорожает из-за этого примерно на 6% ежегодно. Сегодня у автомобилей класса люкс электрооборудование стоит почти 2000$. Некоторые механические системы автомобиля заменяются электромеханическими, расширяется номенклатура электронных устройств, поэтому ожидается, что в течение десяти лет стоимость электрооборудования автомобиля достигнет 40% его цены [1].

В 50-е годы провода, составляющие электропроводку автомобиля, имели длину около 75 метров. В конце века суммарная длина проводов на легковом автомобиле высокого класса составляла около 2 км, их масса превышала 35 кг, электропроводка состояла более чем из 5600 проводов, уложенных в 200 жгутов, например, в жгуте между дверцей водителя и корпусом могло быть более 60 проводов [1].

Расширяется номенклатура устройств, входящих в электрооборудование автомобилей, увеличивается и потребляемая ими мощность. В 1970-х годах электрооборудование автомобиля потребляло мощность около 500 Вт. Сегодня, для современных моделей, эта цифра уже превышает 2000 Вт. В среднем, за последние 5 лет потребляемая электрооборудованием мощность возрастала со скоростью около 100 Вт в год. По оценке специалистов, скорость увеличения потребляемой мощности за ближайшее десятилетие увеличится на 300 %, а сама потребляемая мощность составит около 10 кВт. [1].

Увеличение потребляемой электрооборудованием мощности приводит к необходимости увеличить напряжение в электрической сети автомобиля. Для классического автомобиля с ДВС, не гибридного или электромобиля, уровень в 42 В считается достаточным. Величина 42 В – условная: предполагалось использовать в бортовой сети автомобиля аккумуляторную батарею с напряжением 36 В, при работе стартера напряжение в сети автомобиля понижается до 11 В, при неработающем двигателе напряжение 33 ÷ 37 В, номинальное напряжение 43 В, перенапряжения до 58 В [2].

Увеличение напряжения питания при той же потребляемой мощности уменьшает ток и нагрузку на электропроводку, например, если электрообору-дование имеет мощность 10 кВт, то при напряжении бортовой сети 14 В потребляемый ток составит 714 А, а для сети с напряжением 42 В ток будет меньше и составит 238 А. Переход на напряжение 42 В означает расширение номенклатуры устройств электрооборудования автомобиля в сторону мощных потребителей, которых не возможно было использовать в сетях с напряжением 12 В.  Перечень мощных потребителей, которые используются или могут использоваться на автомобиле в составе электрооборудования приведен в таблице 1.

Таблица 1 Потребители электроэнергии повышенной мощности

Потребитель Максимальная мощность, кВт
Электромеханические тормоза 2.0
Электромеханический усилитель руля 1.8
Обогреватель заднего стекла 1.5
Электровентилятор 0.8
Обогрев сидений 2.0
Активная подвеска 12.0
Освещение 0.6
Нагреватель каталитического нейтрализатора 3.0
Электромеханический привод клапанов 3.2
Компрессор кондиционера 4.0
Обогрев ветрового стекла 2.5
Насос АБС 0.6
Электропривод сидений 0.8

Ожидалось, что переход на напряжение 42 В в автомобильной электросети позволит уменьшить сечение проводов и массу используемой в них меди в 3 ÷ 5 раз, удешевит коммутирующие устройства за счет снижения силы тока.

Ведущие мировые производители автомобилей в конце 90-х начале 2000-х годов планировали постепенный переход к бортовой электросети с напряжением 42 В. Сначала должны были выпускаться полисетевые (с гибридной сетью) автомобили с напряжениями 42 В и 14 В. Некоторые гибридные автомобили начала века, например, Toyota Crown и GMC Sierra, действительно оснащались электросетью 42/14 В.

Российские специалисты также приняли участие в разработке автомобильного электрооборудования для сетей 42В и 14 В. В частности  ЗАО «НИЛД» (г. Рыбинск) разработало безщеточный автомобильный генератор 204А.3701 для питания двух  сетей с напряжением 14 В и 42 В [3].

Система электроснабжения автомобиля выполняет три основные задачи: генерация, хранение и распределение электроэнергии. В 50-х годах автопроиз-водители уже сталкивались с необходимостью увеличить мощность электрооборудования автомобилей. Это было связано с увеличением литража двигателей. Тогда в системе электроснабжения автомобиля был сделан переход от напряжения 7 В к напряжению 14 В, на что ушло два года.

Ожидавшийся переход от14 В к 42 В оказался гораздо более сложен и за прошедшие 20 лет так и не произошел [4].

Автомобильная промышленность частично утратила интерес к системам 42/14 В так как:

1. Применение мультиплексных систем позволяет уменьшить число проводов в жгутах и расход меди и без повышения напряжения в сети.

2. Некоторые  потребители электроэнергии повышенной мощности (Табл.1) успешно спроектированы под напряжение 14 В, например, электромеханический усилитель руля [4].

3. Компоненты под напряжение 42 В оказались слишком дорогими. Например, в сети с напряжением 42 В в предохранителях и контактах больше вероятность образования электрической дуги. Для борьбы с этим явлением придется использовать покрытие контактных площадок специальными сплавами и более широкое применение полупроводниковых коммутаторов.

Наиболее перспективными с точки зрения экологии и экономии топлива сегодня считаются гибридные и электромобили, подключаемые к сети. Например, электромобиль Nissan Leaf с напряжением бортовой сети 320 В, к 2013 году объем продаж более 50000 штук или гибридный автомобиль Chevrolet Volt с напряжением бортовой сети 330 В, к 2013 году объем продаж более 40000 штук [5].

Напряжение бортовой сети гибридных и электромобилей 200 ÷ 400 В, так как если электропитание электромеханического усилителя руля мощностью 1800 Вт для уменьшения потребляемого тока целесообразно выполнить от сети 42 В, то для тягового электродвигателя мощностью 50 кВт это напряжение будет все равно низким.

Сегодня автомобиль с ДВС и бортовой сетью с напряжением 42 В не является перспективным.


Библиографический список
  1. Hollembeak B. Classroom Manual for Automotive Electricity And Electronics. NY.: Delmar, 2011. 1296 с.
  2. 42-volt electrical system // Wikipedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/42-volt_electrical_system (дата обращения 3.10.13)
  3. Пат. 2194351 Российская Федерация, МПК H02K19/34, H02K19/16, H02K21/48. Полисетевая генераторная установка/ Курочкин А.Г.; Лебедев М.В.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Научно-исследовательская лаборатория двигателестроения». – № 2000113710/09; заявл. 26.05.2000; опубл. 10.12.2002, Бюл. № 25. – 3 с.
  4. M. Allen Whatever Happened to the 42-Volt Car? // Popular Mechanics. URL: http://www.popularmechanics.com/cars/news/4226979 (дата обращения 3.10.13).
  5. Plug-in hybrid. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Plug-in_hybrid (дата обращения 10.10.13).


Все статьи автора «Яковлев Вадим Фридрихович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: