Какое напряжение должно быть в бортовой сети автомобиля: Каким в норме должно быть напряжение аккумулятора автомобиля |Интернет-магазин аккумуляторов Колеса Даром

Какое должно быть напряжение автомобильного аккумулятора, советы бывалых

Двигатель — это «сердце автомобиля», тогда аккумулятор  это часть его  нервной системы — это его спинной мозг. От нормально функционирующей батареи зависит работа электроприборов и конечно пуск двигателя. Особенно критичен пуск в холодное время. К зиме аккумулятор должен быть подготовлен. Любой диагност и опытный автолюбитель знает, что ключевой показатель при диагностике аккумулятора — это его напряжение.

Напряжение — это физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

Если говорить простыми словами, то это накопленная энергия, которую аккумулятор передаст стартеру при повороте ключа. Стартер эту энергию потратит, а генератор потом компенсирует. Этот процесс должен проходить неразрывно. Водитель должен постоянно следить за величиной напряжения. Чтобы не запутаться и сделать всё правильно рассмотрим всё по порядку.

Содержание статьи

• Нормальные показатели с нагрузкой и без
• Определение уровня заряженности
• Таблица заряженности
• Полезное видео
• Причины отклонений от нормы

Нормальные показатели с нагрузкой и без

Чтобы распознать неполадки, нужно знать как аккумулятор работает в норме. Для выявления отклонений в работе требуется знать какое напряжение должен показывать заряженный аккумулятор автомобиля. Рассмотрим как правильно определить заряд аккумулятора.

Очень важно понимать в какой момент производить замер: в покое или под нагрузкой.     Это принципиально разные величины. Прежде всего рассмотрим номинальное и фактическое  напряжение в покое заряженного АКБ без нагрузки.

• Номинальное (в покое) должно быть 12,6 — 12,7 В. Данная цифра прописана в паспортах и инструкциях к аккумуляторам почти любого производителя и она говорит о полной исправности и нормальной работы батареи.
• Фактическое (в покое) несколько отличается от номинального. На деле диапазон колеблется в пределах от 12,4 до 12,8 В.

При замерах напряжения аккумулятора в покое величина может подняться до 13,2 В. Такая картина возникнет, если замерять сразу после зарядки, поэтому необходимо подождать 30 минут и повторить замер. Тогда вы увидите реальный показатель.

Чаще всего 12,6 вольт — это то каким должно быть напряжение нормального АКБ.

Важно! Если заряд аккумулятора в покое упали ниже 12 В — это говорит о недостаточной заряженности АКБ и необходимо срочно поставить батарею на зарядку.

Теперь разберёмся с напряжением аккумулятора под нагрузкой. Для чего она нужна и каковы нормативы?

Нагрузка на аккумулятор требуется для проверки работоспособности АКБ. Нормативное напряжение может вынести любая АКБ, а вот уже нагрузку далеко не любая. Если нагрузить батарею, то напряжение изменится.

Проверка эта очень простая. Специальным прибором нагружаем аккумулятор.

Нагрузка должна быть почти в два раза больше емкости батареи. Например, если Ваш аккумулятор имеет емкость 80 А/ч, нагружаем его на 160 ампер.

Нагрузка даётся на 5 секунд (не больше)! Напряжение должно получиться выше 9 вольт. Если заряд падает ниже этого предела — это значит аккумулятор разряжен, либо его дальнейшая эксплуатация невозможна. В этом процессе есть один нюанс. После нагрузки, напряжение должно приблизиться к норме примерно за 5-6 секунд.

Чтобы узнать в каком состоянии аккумулятор, нужно повторить весь процесс после зарядки. Если со второго раза величина поднимается до 9 вольт и выше, значит АКБ в нормальном состоянии, но был разряжен.

Определение уровня заряженности

Измерение напряжения АКБ производится мультиметром (также подойдут вольтметр или нагрузочная вилка). Для того чтобы замерить напряжение (неважно под нагрузкой или в покое) необходимо перевести регулятор мультиметра в режим «U» и прислонить щупы прибора к клеммам аккумулятора. На дисплее отобразиться результат замера.

Как писалось выше — замер можно производить в покое и под нагрузкой. В первом случае, а также, в случае, если мы берём нагрузку с внешнего прибора — электрические цепи должны быть разомкнуты, зажигание отключено.

Проверка напряжения аккумулятора под нагрузкой при помощи бортовой сети автомобиля — нежелательна, потому что сеть подключена не напрямую к батарее. Поэтому здесь могут быть погрешности измерений и неточности.

Важно!  Нагрузочная вилка должна использоваться строго в соответствии с полюсами (плюс или минус). А вот при замерах вольтметром или мультиметром можно не обращать внимание на полярность щупов и клемм аккумулятора.

Помимо напряжения, есть ещё уровень заряженности аккумулятора Эти две величины неразрывны между собой. Зная нормальное и фактическое напряжение батареи, мы можем определить до какой степени она заряжена, нужно ли подзаряжать ещё. Рассмотрим как проверить уровень заряда аккумулятора.

 

Таблица заряженности

Данная таблица поможет определить состояние аккумулятора и степень его заряженности.

Напряжение АКБ	Степень заряженности АКБ
12,6 вольт и выше	100 %
12,5 вольт	90 %
12,42 вольт	80 %
12,32 вольт	70 %
12,2 вольт	60 %
12,06 вольт	50 %
11,9 вольт	40 %
11,75 вольт	30 %
11,58 вольт	20 %
11,31 вольт	10 %

Определить уровень заряда по напряжению не трудно. Как видно из таблицы — при снижении напряжения до 12,06 вольт, можно говорить о разрядке аккумулятора наполовину. Если напряжение падает до 11,31 вольт, значит он заряжен всего лишь на 10%. Падение напряжения ниже говорит о его полном разряде. Напротив, если заряд аккумулятора 12,6 вольт и выше, значит он заряжен полностью и подзарядка не требуется.

Напряжение в 12,5 — 13 вольт — именно то, до которого и нужно заряжать.

Нужно помнить что эти данные актуальны только для классических свинцово — кислотных АКБ, заряженность EFB, AGM, GEL и прочих, технологичных батарей требуется проверять по другим таблицам. К примеру вольтаж полностью заряженного EFB аккумулятора равен 16, вольт.

Полезное видео

Подробное видео об определении работоспособности аккумулятора по напряжению:

Причины отклонений от нормы

Если заряженная батарея теряет заряд в одночасье, причин может быть целый ряд. Уровень заряда аккумулятора может быстро снижаться вследствие естественной причины и ряда неполадок:

• АКБ просто исчерпала свой ресурс из-за длительной эксплуатации и требует замены.
• Также может сломаться генератор, который заряжает батарею в поездке и компенсирует затраты энергии аккумулятора на пуск стартера.
• Если аккумулятор новый и замены не требует, а генератор работает без нарушений — вероятно,
  в автомобиле есть серьезные проблемы с током в виде его постоянной утечки.

Подробно вопрос диагностики тока утечки в данной статье не рассматриваются, но ему нужно уделить пристальное внимание. В двух словах: ток утечки — это потребление тока, непредусмотренное конструкцией авто, которое планомерно садит ваш аккумулятор. Теоретически причиной возникновения тока утечки может оказаться любой прибор, подключенный к бортовой сети автомобиля.

Все вышеуказанные причины и неполадки разряжают ваш аккумулятор. Этим объясняется падение напряжения, в случае их появления. К счастью, нормальная и своевременная диагностика помогает легко их выявить и устранить.

Нельзя не отметить, что может возникнуть и обратная ситуация. Когда напряжение превысит 13 В и произойдёт так называемый перезаряд АКБ. Произойти это может по причине неисправного генератора (за исключением тех случаев, когда автовладелец намеренно перезарядил АКБ на станции, например для того чтобы поднять плотность электролита). Привести это может к выкипанию электролита и выходу батареи из строя. Вот основные неисправности машины, которые могут привести к перезаряду АКБ:

• Сломано реле устройства. Этот элемент отключает генератор после полной зарядки батареи. Если он не работает — ток и дальше поступает в полностью заряженную батарею. Это простая неполадка, заменить реле не трудно, да и недорого.
• Сломан сам генератор. Ремонт обойдётся дороже, но суть та же, что и в предыдущем пункте.
• Неверно выбрано зарядное устройство.

Повторные замеры напряжения на клеммах аккумулятора после устранения причин и нескольких часов его эксплуатации показывают правильность той или иной причины.

Важно оценить и такие показатели, как уровень плотности электролита.

В заключении хотелось бы отметить, что своевременная диагностика и устранение причин продлит срок жизни Вашего аккумулятора и сбережёт нервы и деньги в кошельке.

Error

Sorry, the requested file could not be found

More information about this error

Jump to… Jump to…Новостной форумВстречи с АТб-18А2Встреча с АВСб-18Z1,2Лекции по дисциплинеhttps://meet.google.com/art-hjtd-cgjМатериалы по дисциплинеЗадание №1Ответы на задание №1 (Внешние световые приборы)Задание №2Ответы на задание №2 (рулевое управление)Задание №3Ответы на задание №3 (Определение токсичности отработавших газов)Задание №4Ответы на задание №4 (Определение шумности выхлопа)Итоговый тест по дисциплинеВстреча с АВСб-18Z 16.03.2022Ссылка на встречи АТб-17А2МУ Диагн сист впрыскаВопросы к экзам по СИСТ ПИТ и УПРМУ по выполнению контрольной работыСписок АВСб18Z1Список АВСб18Z2Выполненная КРПракт №1 ОСПУАД (Бенз)Ответы на задание №1Практ №2 ОСПУАД (Диз)Ответы на задание №2Практ №3 ОСПУАД (Газ)Ответы на задание №3Итоговый тест по дисциплинеЗадание №1Отправка задания “Практика АТб-19″Материалы по практикеЗадание №2 до 20.

04.20Ответы на задание №2Задание №3 до 04.05.20Ответы на задание №3Задание №4Ответы на задание №4Расписание занятий АТб-19А1Задание для отчета по учебной практике 1 курсОтчеты по практикеРАсписание на летнюю (соср) уч практикуВласов Тех обсл и ремонт а/мЗадание на уч. практику 2 (Летняя)Отчеты по учебной практике 2 (Летняя)Задание для отчёта по прктике АТб-19А1Материалы по практикеОтчеты по учебной практике №3Задание по практике№1Отправка задания “Практика АТб-18″Ответы на задание №2Задание №2 до 16.04.20Материалы по практикеЗадание №3 до 30.04.20Ответы на задание №3Задание №4 до 14.05.20Ответы на задание №4Расписание занятий АТб18А1Расписание занятий АТб18А2Задание №5 до 29.05.20Ответы на задание №5Задание для отчёта по прктике АТб-18А1Задание для отчёта по прктике АТб-18А2Отчёты по практикеЗадание АТб-17А2Отправка задания “СТВДА”Лекции и материалы СТВДАЗадание СТВДА по теме №3 до 15.04.20Ответы на задание по теме №3Расписание занятий АТб17А2Задание СТВДА по теме №4 на 29.04.20Ответы на задание по теме №4Задание СТВДА по теме №5 на 13. 05.20Ответы на задание по теме №5Лекции и материалы ЭиЭОАЗадание №1Задание №2Задание №3Вопросы к экз по ЭиЭОАВстреча с АТб-19А1 15.11.21Лекция – Неисправности стартеровЛекции и материалы ЭиЭСАЗадание №1Задание №1Отправка вопросов по ЭОАЗадание №2Задание №2Задание №3Задание №3Задание №4Задание №4Вопросы к экз по ЭиЭСАВстреча с АТб-18Z1,2 16.03.2022 в 17:05Диагностирование системы впрыска топлива с электронным управлением: Методические указания по выполнению лабораторной работыУстройство, функционирование и диагностирование электронной системы управления бензинового двигателя. Учебное пособиеЯковлев В.Ф. Диагностика электронных систем автомобиля. Учебное пособие (2003)Лекция 1. Общие сведения об электронных системах управления двигателемЛекция 2. Датчики электронных систем управления двигателемЛекция 3. Исполнительные элементы системы управления бензинового двигателяИсполнительные элементы системы управления бензинового двигателя. Часть 1Исполнительные элементы системы управления бензинового двигателя. Часть 2Исполнительные элементы системы управления бензинового двигателя. Часть 3Практическое занятие 1. Исследование характеристик датчиков электронной системы управления ДВСПрактическое занятие 2. Исследование функционирования электронной системы управления ДВСПрактическое занятие 3. Исследование влияния неисправностей элементов электронной системы управления ДВСЛабораторная работа №1Лабораторная работа №2Лабораторная работа №3Лабораторная работа №4Лабораторная работа №5Лабораторная работа №6Лабораторная работа №7Лабораторная работа №8Отправка лабораторных работВопросы к зачету по дисциплинеЗадание для контрольной работыОтправка контрольной работыПерезачет по дисциплинеСписок АТб18Z1Список АТб18Z2Итоговый тест по дисциплинеМатериалы по дисциплинеКР Сист упрОтправка КР по ДЭСАВопросы к зачету по дисциплине ДЭСАЗадание для АТб-17Z1-3Ссылка на встречи в период сессии (с 17.03.21)Задание на практ работу №1Выполненные задания по практической работе №1Задание на практ работу №2Выполненные задания по практической работе №2Задание на лабор работуОтчеты по лабор работеИтоговый тест по дисциплинеДля АТб-17А2 https://meet. google.com/vzc-kyyj-rchОтправка задания для зачетаВопросы к зачету по дисциплине ЭСАЭлектронные и микропроцессорные системы автомобилейУчеб пособиеИтоговое тестирование по дисциплинеОтправка заданий для зачетаКадровое обеспечение системы автосервисаас предприятияВопросы для зачетаВстречи с ПОб-19ZЭлектронные и микропроцессорные системы автомобилейУчеб пособиеКР ДЭиЭСКонтрольная работаВопросы к зачету по дисциплине ДЭиЭСОтветы на вопросы по дисциплинеИтоговый тест по дисциплинеВстреча с ДВСб-19А1 Вопросы по дисциплине ЭиЭСУСИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЗАЖИГАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ Методические указания к лабораторным работам-5Задание для заочВопросы к экз по ЭиЭСУДВстреча с ДВСб-18А1 17.09.21Материалы по дисциплинеЗадание для ДВСб-18А1 на 01.11Ответы на задание ДВСб-18А1 на 01.11.21Задание для ДВСб-18А1 на 29.11Лекции ДВСб-19А1Техническая диагностика (Лекции)Контрольные тесты по дисциплинеВопр ТехнДиагн – ДВСбМетод указ для контрольной работыЗадание для ДВСб-19Z1ДВСб-19Z1ДВСб-19Z1Контрольная работаМетод указанияТесты остат знанийВопросы для зачетаЗадание для заочСистемы двигателей ЛекцииВстречи АВСб-19ZРекомендуемая литератураОбсуждение тем по дисциплинеТеоретический материалПрактическое задание №1Ответы на практическое №1Практическое задание №2Ответы на практическое №2Практическое задание №3Ответы на практическое №3Практическое задание №4Ответы на практическое №4Итоговый тест по дисциплинеВопросы итог Оценка кач и сертЛекции Оценка кач и сертифРекомендуемая литератураТеоретический материалОбсуждение тем по дисциплинеЗадание для заочОтветы на заданиеВажно!Ссылка на встречи ЭТКм-20МАZ1Литература по дисциплинеКР Совр элек сист автКонтрольная работаЗадание практ №1Задание практ №1Задание практ №2Задание практ №2Задание практ №3Задание практ №3Задание практ №4Задание практ №4Задание практ №5Задание практ №5Вопросы по дисциплине СЭСАОтветы на вопросы для зачетаИтоговый тест по дисциплинеПракт задание №1Практ задание №1Итоговый тест по дисциплинеЗадание АТб 20А1Отчеты по практикеДневники по практикеОтчеты по практикеДневники по практикеЗадание АТб 17 А2Приказ на практику Атб-18А1,2По дисциплинеТехническая диагностика (Лекции)Задание №1 для ДВС-19А1 на 06. 11.21Задание №1 для ДВСб-19А1 на 06.11.21Контрольные тесты по дисциплинеВопр ТехнДиагн – ДВСбБилеты Теор Диаг ДВСбМУ. Опред осн хар диаг парРасписание занятий ДВСб-18А1Практ зан №2Ответы на Задание №2Практ зан №3Ответы на задание №3Практ зан №4Ответы на задание №4Лабораторная работа №1Лабораторная работа №2Лабораторная работа №3Лабораторная работа №4Итоговый тест по дисциплинеДля АТб-18 А2 https://meet.google.com/srz-xyjq-fncТеоретические материалыВопросы по дисциплинеРасписание АТб18А2Практическое задание №1Практич задание №1Практическое задание №2Практическое задание №2Практическое задание №3Практическое задание №3Лекционный материалМатериалы по семестровому заданиюЗадание для заочниковОтветы на задание для заочниковВопросы для экзаменаСсылка на встречуСсылка на занятия с АВСб-20ZРаздел 1. Основы организации сервисных услуг по техническому обслуживанию и ремонту автомототранспортных средствРаздел 2. Производственная инфраструктура предприятияРаздел 3. Бизнес-планирование предприятий автомобильного сервисаРаздел 4. Организация работы с потребителемРаздел 5. Организация и нормирование труда в автосервисном предприятииТеоретические материалыПрактическая работа 1 АВСб-20ZПрактическая работа 1 АВСб-20ZПрактическая работа 2 АВСб-20ZПрактическая работа 2 АВСб-20ZПрактическая работа 3 АВСб-20ZПрактическая работа 3 АВСб-20ZЗадание для АТб-20А2 на 01-06.11.21Задание по лекциям на 01-06.11.21 АТб-20А2Задание по практическим на 01-06.11.21 для АТб-20А2Тесты ООФАСВсё для экзаменаОтветы на вопросы экзаменаПрактическая работа №1 (АТб-20А2)Практическая работа №2Итоговый тестСсылка на встречу в Google MeetНСб-21Т1 Задание для отчета по учебной практике 1 курсАТб-21А Задание для отчета по учебной практике 1 курсОтчеты по практике АТб-21А (Задание №1)Отчеты по практике НСб-21Т (Задание №1)Титульный образецСписок использованных источников. Правила оформленияЗадание для заочного ф-таМатериалы по дисциплинеВидеоматериалы по дисциплинеЗадание №1Задание №2Видеовстречи ДВСбИтоговый тест по дисциплинеМатериалы по дисциплинеЗадание к лабораторнойЗадание к лабораторнойЗадание на практ работу №1Практическое задание №1Задание на практ работу №2Практическая работа№2Опрос 1 Контр. неделяВопросы к зачету по дисциплине ЭСУДСписок рек литературыНорм-прав регул в АТЭТеоретические материалыЛабораторные работыОтчеты по лабор рабВстречи с АВСб-19ZИтоговый тест по дисциплинеПрактическое задание (Технологическая карта) ДВСб-19А1Задание произв практика (по получ)Приказ на практику АВСб-18ZОтчеты по практикеДневники по практике

Skip Statistics

How to Boost Power Density in Automotive Systems

This article is part of the Power Management Series: Delving Into Power Density

Members can скачать эту статью в формате PDF.

Что вы узнаете:

• Какие автомобильные системы и компоненты помогают повысить удельную мощность?
• Взгляд на архитектуру полного моста GaN с активным фиксатором и фазовым сдвигом.
• Методы охлаждения, повышающие удельную мощность.
  

Новейшие архитектуры дизайна, особенно в автомобильных силовых электронных системах, имеют решающее значение для успеха любого нового гибридного электромобиля (HEV) или электромобиля (EV). Необходима высоковольтная автомобильная сеть напряжением 60 В и выше, наряду с традиционной 14-вольтовой сетью.

Архитектуры высоковольтных транспортных сетей содержат систему накопления электроэнергии и инвертор тягового привода. Некоторые архитектуры систем HEV и EV также могут содержать силовые электронные системы высокого напряжения, использующие преобразователи постоянного тока для питания низковольтной сети. Примеры включают электрические компрессоры кондиционеров, насосы охлаждающей воды, масляные насосы, стабилизацию напряжения тяговой шины и преобразователи переменного тока в постоянный для однонаправленных или двунаправленных интерфейсов с автомобильными сетями.

Давайте рассмотрим различные силовые системы и компоненты автомобиля, которые вносят свой вклад в общую архитектуру с более высокой плотностью мощности.

Питание V2X

Архитектура шины питания автомобильной системы для питания от транспортного средства ко всему (V2X) (X означает сетку, дом или нагрузку) может иметь шину 5 В, генерируемую через аккумулятор автомобиля напряжения, с использованием понижающего преобразователя без батареи. Архитектура этого типа способна питать все устройства с точкой нагрузки (PoL) с частотой переключения 2 МГц+. Эффективность более 90% может быть достигнуто. Такие высокие скорости переключения, наряду с высокой эффективностью, значительно улучшат удельную мощность автомобиля.

Полевые транзисторы GaN в автомобильной промышленности

Использование полевых транзисторов на основе нитрида галлия (GaN) в автомобильных силовых конструкциях обеспечит высокую удельную мощность благодаря быстрому переключению в сочетании с напряжением 600 В и выше в этих конструкциях. Когда интегрированный драйвер является частью решения, разработчики смогут увеличить удельную мощность до 2 раз с эффективностью 99+%, а также уменьшить размер силовых магнитов. Использование подложек GaN-на-кремнии обеспечит более низкую стоимость, а также преимущество цепочки поставок по сравнению с устройствами на основе карбида кремния (SiC).

Легкие и компактные системы питания имеют ключевое значение, особенно в автомобильных системах электромобилей. Теперь инженеры могут расширить диапазон батарей и повысить надежность системы — GaN позволяет повысить производительность. Размеры встроенных зарядных устройств и преобразователей постоянного тока могут быть уменьшены на 50 % благодаря решениям GaN по сравнению с кремнием или карбидом кремния.

Опять же, здесь высокие скорости переключения и высокая эффективность обеспечивают превосходную удельную мощность в автомобиле.

Токоизмерительные резисторы и шунты автомобильного класса

Плотность мощности автомобиля также может быть улучшена за счет правильного использования токоизмерительных резисторов. Эти резисторы будут иметь очень низкие значения сопротивления, хорошие импульсные характеристики, низкий температурный коэффициент сопротивления (TCR), низкую индуктивность, а также низкий уровень шума.

Хороший токочувствительный резистор сможет обеспечить исключительную импульсную производительность, поглощая при этом больше электроэнергии, прежде чем будет достигнут предел температуры устройства. Резисторный элемент также должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать более высокие температуры. Лазерная обрезка также поможет уменьшить гармонические искажения и звон цепи.

Когда материал подвергается температурным колебаниям, его размеры слегка увеличиваются или уменьшаются при расширении или сжатии. Во время рабочих циклов или импульсных приложений питание отключается и включается, что вызывает повторяющиеся циклы нагрева или охлаждения, расширение/сжатие.

Такое термоциклирование может вызвать долговременные проблемы с надежностью паяных соединений компонентов для поверхностного монтажа, когда существует большая разница в скоростях геометрического расширения/сжатия. Эти разные скорости обычно известны как несоответствие коэффициента теплового излучения (КТР). Выбор резистора со значением КТР, близким к КТР материала печатной платы FR-4, сведет к минимуму этот эффект с лучшими долгосрочными характеристиками паяного соединения и более низкой частотой отказов.

Использование автомобильных токоизмерительных резисторов может повысить удельную мощность в автомобильной архитектуре, поскольку номинальная мощность увеличивается по мере уменьшения размера резистора. Кроме того, конструкторы должны выбирать резисторы, имеющие несколько серий, чтобы они могли менять серии с одинаковым размером. Кроме того, конструкторы могут перейти к более высоким номинальным мощностям. Положительной чертой таких резисторов является цельнометаллическая конструкция.

Разработчикам, конечно же, необходимо будет выбрать серию резисторов, соответствующую стандарту AEC-Q200 для использования в автомобилях.

Автомобильные катушки индуктивности с высокой плотностью мощности для светодиодного освещения

Усовершенствованные конструкции драйверов светодиодов разрабатываются с использованием электронных компонентов, которые могут обеспечить более высокую люминесценцию и улучшенную энергоэффективность при меньших затратах. Теперь поставщики предлагают более мощные светодиодные фары, которые хорошо работают при повышенном токе и занимают меньше места.

Современные технологически продвинутые катушки индуктивности, используемые в светодиодном освещении, способны работать при более высоких температурах (до +155°C) и более высокой плотности мощности. Кроме того, с помощью новейших катушек индуктивности занимаемая площадь может быть уменьшена наполовину. В прошлом популярный индуктор имел довольно большую площадь 12,5 × 12,5 мм на печатной плате. Сегодня производители уменьшили этот размер до 8 × 8,5 мм, сохранив эквивалентные характеристики несколько лет назад. Цены также достигли уровня, конкурентоспособного в автомобилестроении.

Автомобильные приложения становятся все более изощренными, так как они выходят далеко за рамки двух или трех драйверов светодиодов на автомобиль. Катушки индуктивности меньшего размера, изготовленные с использованием новейших передовых технологий, таких как тонкопленочный металл, позволяют повысить удельную мощность в автомобиле. В схемах Bias-T и Power-over-Coaxial (PoC) также используются катушки индуктивности, которые имеют характеристики с высоким импедансом и обеспечивают улучшенную плотность мощности (рис. 1 и 2) .

Конструкция с высокой плотностью мощности для электромобилей

Полномостовая архитектура GaN с фазовым сдвигом (PSFB) с активными фиксаторами обеспечивает коммутацию при нулевом напряжении во всем диапазоне нагрузки и напряжения. Он позволяет использовать преобразователь постоянного тока 1,5 кВт, 400–12 В постоянного тока для автомобильного применения с широким диапазоном напряжения и мощности. Небольшая индуктивность рассеяния в сочетании с возможностью реализации мягкого переключения даже в условиях малой нагрузки приводит к значительному увеличению частоты переключения до 500 кГц.

Эта архитектура преобразователя постоянного тока способна передавать энергию от 400-вольтовой тяговой батареи автомобиля в электрическом или гибридном автомобиле в электрическую систему 12-В. Он также обеспечивает гальваническую развязку для обеспечения безопасности.

Плотность мощности преобразователя упрощает интеграцию в автомобиль. Магнитные компоненты преобладают в силовой электронике. Удельную мощность можно увеличить за счет увеличения частоты коммутации. При использовании транзисторов SiC или GaN достигается очень низкая проводимость и низкая энергия переключения — намного лучше, чем в кремниевых устройствах. Топологию схемы можно увидеть на Рисунок 3 .

Мягкое переключение в сочетании с транзисторами GaN и активным ограничением увеличивает частоту переключения до 500 кГц. Эта архитектура конструкции также значительно увеличивает удельную мощность при сохранении высокой эффективности — прототип достиг эффективности более 95%, а также удельной мощности 12,5 кВт/л.

Терморегулирование для автомобилей с высокой плотностью мощности

Многие новые электронные устройства проникают в современные автомобильные системы, что приводит к увеличению тепла, выделяемого внутри автомобиля. Существует также тенденция к замене гидравлических и механических устройств интеллектуальными электронными устройствами. Энергоэффективность растет благодаря этим новым усилиям, но теперь проектировщикам необходимо управлять этими дополнительными тепловыми нагрузками. Количество источников тепла продолжает расти; таким образом, они должны быть распределены по большей части ограниченного объема транспортного средства.

Технологии охлаждения значительно улучшат удельную мощность. Некоторые ключевые области автомобиля имеют различные уровни охлаждения:

• Уровень 1 относится к распределению тепла в корпусе полупроводника, где современные технологии используют медные, медно-вольфрамовые и медно-молибденовые теплоотводы.
• Уровень 2 относится к передаче/распределению тепла от корпуса устройства к шасси. Современные технологии используют медные и алюминиевые теплоотводы.
• Уровень 3 применяется для передачи тепла от шасси к теплообменнику системы. В этом методе используется принудительный поток воздуха, а также контуры с перекачиваемой жидкостью.
• Уровень 4 относится к отводу тепла через теплообменник системы. Современные технологии позволяют использовать радиаторы и радиаторы с воздушным охлаждением.

Метод «уровня охлаждения» в автомобиле обычно использует распределитель тепла, контроль температуры и перенос тепла. Эти передовые методы управления температурным режимом, такие как пластины HiK и VCHP, прошли стадии лабораторной разработки и внедряются в критически важные военные и космические системы.

Читать больше статей в Управление питанием Серия: Углубление в плотность мощности

Ссылки

1. «Эталонный проект высокой плотности мощности для автомобильного транспортного средства (V2X) Power», Отчет об испытаниях прибора Texas2s MP24, P8 .

2. «Сильноточный мостовой преобразователь с фазовым сдвигом GaN 500 кГц и переключением при нулевом напряжении по всей линии и в диапазоне нагрузки», EPE’18 ECCE Europe.

3. «Передовые технологии управления температурным режимом для автомобильного оборудования с высокой удельной мощностью», Advanced Cooling Technologies.

4. «Поддержка внедрения метода PoC для высокоскоростных автомобильных сетей за счет эффективности выбора компонентов», Murata.

БОРТОВАЯ СЕТЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С СИСТЕМОЙ СТАРТ-СТОП

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к бортовой сети для транспортного средства, имеющего систему старт-стоп, и способу управления такой бортовой сетью .

2. Описание предшествующего уровня техники

Все чаще разрабатываются и внедряются в массовое производство новые технические подходы для снижения расхода топлива и уменьшения выбросов автомобиля. Одним из технических подходов является так называемая система «старт-стоп». В такой системе двигатель транспортного средства всегда временно отключается при определенных условиях, если транспортное средство временно останавливается, например, на красный свет или в пробке. Еще одним техническим подходом к снижению расхода топлива является рекуперация электроэнергии на этапах движения накатом и торможения транспортного средства. В этом случае, например, напряжение генератора увеличивается во время фаз движения накатом и торможения, в результате чего генератор выдает повышенную мощность в бортовую сеть, которая затем может храниться в накопителе энергии транспортного средства.

Уже существуют подходы, при которых дополнительная электрическая энергия получается за счет еще более высокого напряжения на этапе рекуперации. Для этой цели может быть использован, например, генератор с регулируемым выходным напряжением, который известен, например, из опубликованной заявки на патент Германии DE 10 2004 043 129 A1. В таких системах конденсаторы часто в основном используются в качестве накопителей заряда. В целом, эти технические новшества также приводят к новым требованиям и требованиям к бортовой сети, которые будут кратко описаны ниже.

При запуске двигателя внутреннего сгорания, особенно зимой при низких температурах, требуется большая мощность и, следовательно, большой ток. В зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания транспортного средства требуемый пиковый ток может составлять от нескольких сотен ампер до примерно 1000 А. До сих пор этот высокий ток обеспечивался аккумуляторной батареей бортовой сети. Однако такая конфигурация системы имеет следующие недостатки, которые наблюдаются как в случае современных систем старт-стоп, так и в обычных системах запуска. В результате высокого пикового тока при запуске автомобиля происходит падение напряжения в бортовой сети автомобиля, что неблагоприятно сказывается на электрических и электронных компонентах бортовой сети. Так, например, те устройства, которые сами не содержат буферных блоков для преодоления критического падения напряжения, например, информационно-развлекательные устройства, часто хотя бы временно выходят из строя. В частности, в случае относительно частых операций старт-стоп системы старт-стоп это приводит к значительному снижению комфорта вождения.

Кроме того, батарея, используемая в бортовой сети, рассчитана на условия запуска двигателя при очень низких температурах. Тем не менее, аккумуляторная батарея имеет завышенные параметры для большинства рабочих режимов, возникающих при вождении. Поскольку в настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы все еще обычно используются в качестве стандартных автомобильных аккумуляторов, это отрицательно сказывается на весе транспортного средства. В свою очередь, большой вес автомобиля отрицательно сказывается на расходе топлива. В случае пространственной конфигурации аккумуляторной батареи в транспортном средстве особенно важную роль играет падение напряжения в соединении между аккумуляторной батареей и стартером транспортного средства. Во избежание слишком большого падения напряжения эта соединительная линия должна иметь минимально возможное электрическое сопротивление. Следовательно, он должен иметь большое поперечное сечение, что, однако, делает его тяжелым, негибким и дорогостоящим. Это делает цену на транспортное средство более высокой из-за высокой стоимости сырья для меди. Если аккумуляторная батарея расположена в задней части автомобиля, а двигатель, включая стартер, расположен в передней части автомобиля из соображений занимаемого места и оптимизации веса, риск возникновения электромагнитных помех дополнительно увеличивается. .

В случае автомобиля, оснащенного системой старт-стоп, более частые фазы запуска и остановки приводят к более высокой нагрузке на аккумуляторную батарею по сравнению с обычной бортовой сетью. Это может быть не полностью компенсировано конструкцией бортовой сети. Поэтому в случае системы старт-стоп обычно следует ожидать более короткого срока службы батареи. Обычные свинцово-кислотные аккумуляторы только в очень ограниченной степени подходят для рекуперации электроэнергии, например, во время торможения и движения накатом.

Чтобы иметь возможность хотя бы частично противодействовать вышеупомянутым эффектам, полученная электрическая энергия накапливается в подходящих энергоаккумуляторах. Ток для запуска может браться оттуда или подаваться на другие потребители бортовой сети. Однако, если в бортовой сети предусмотрены несколько накопителей энергии в виде аккумуляторов и/или конденсаторов и если эти накопители энергии могут быть связаны друг с другом через переключающие элементы или реле, возникает риск того, что, в частности, в случае различных состояниях заряда или разных уровнях напряжения, при соединении накопителей энергии будут протекать высокие компенсационные токи. Сила протекающего компенсационного тока может составлять несколько сотен ампер из-за сравнительно небольшого внутреннего сопротивления накопителей энергии. Такой сильный ток может сократить срок службы накопителей энергии и контактов выключателя и представляет опасность для стабильности бортовой сети.

Настоящее изобретение основано на задаче создания усовершенствованной бортовой сети для транспортного средства, имеющего систему старт-стоп, и способа ее управления. Настоящее изобретение исходит из того, что за счет использования по меньшей мере двух накопителей энергии, типичной батареи, с одной стороны, и конденсатора большой емкости, с другой стороны, и их соединения со схемой преобразователя напряжения, которая попеременно может работать как понижающий преобразователь или как повышающий преобразователь, может быть предусмотрена особо надежная и надежная бортовая сеть.

Бортовая сеть, обеспечиваемая достижением цели в соответствии с настоящим изобретением, отличается тем, что благодаря целесообразному управлению несколькими накопителями энергии, предусмотренными в бортовой сети, всегда доступно достаточно большое количество пусковой энергии, чтобы иметь возможность выполнять по меньшей мере одну, предпочтительно несколько процедур запуска в зависимости от температуры двигателя и/или температуры окружающей среды. Контролируя и, возможно, ограничивая ток стартера, можно дополнительно обеспечить достаточно длительный срок службы высоконагруженного стартера, несмотря на увеличение количества пусковых процедур, в случае транспортного средства, оборудованного системой старт-стоп. За счет использования многовольтного генератора или генератора в сочетании с повышающим преобразователем энергия торможения транспортного средства может быть особенно эффективно утилизирована в режиме рекуперации.

РИС. 1 представлена ​​упрощенная блок-схема бортовой сети.

РИС. 2 показан еще один пример осуществления бортовой сети.

РИС. 3 показан еще один примерный вариант бортовой сети.

РИС. 4 показана блок-схема бортовой сети для пояснения процедуры запуска.

РИС. 5 показана блок-схема бортовой сети для пояснения операции рекуперации.

РИС. 6 показана блок-схема бортовой сети для пояснения холодного пуска.

РИС. 7 показана блок-схема бортовой сети для пояснения процедуры зарядки накопителя энергии.

РИС. 8 показана блок-схема многоканального варианта осуществления.

РИС. 9 показывает кривую напряжения как функцию времени в случае многоканального варианта осуществления согласно фиг. 8.

РИС. 1 представлена ​​упрощенная блок-схема бортовой сети 10 для автомобиля с системой старт-стоп. Основные компоненты бортовой сети 10 для понимания настоящего изобретения. Бортовая сеть 10 включает в себя генератор G и стартер S. В качестве накопителей энергии для накопления электрического заряда предусмотрены не менее одной батареи B и не менее одного конденсатора DLC. Конденсатор DLC предпочтительно представляет собой конденсатор, имеющий большую емкость, в частности двухслойный конденсатор. Резистор R 1 представляет собой электрические потребители бортовой сети. Как обычно в штатных бортовых сетях генератор Г, стартер С, аккумулятор Б, конденсатор ДЛК и резистор R 1 подключены одной из своих соединительных линий к клемме заземления бортовой сети. Свободный вывод генератора G подключен через порт A к первому выводу переключающего элемента S 2 и свободный вывод конденсатора DLC, который подключен к порту C. Свободный вывод пускателя S подключен через порт B к второй вывод переключающего элемента S 2 и первый вывод катушки индуктивности L 1 . Второй вывод катушки индуктивности L 1 соединяется с первой клеммой переключающего элемента S 1 . Свободный вывод резистора R 1 подключен через порт Е ко второму выводу переключающего элемента S 1 . Свободная клемма аккумулятора B также подключена через порт D ко второй клемме переключающего элемента S 1 . Выпрямительный элемент GL 1 , предпочтительно полупроводниковый диод, находится между первым выводом катушки индуктивности L 1 и землей. Кроме того, переключающий элемент S 3 находится между первой клеммой катушки индуктивности L 1 и землей. Переключающие элементы S 1 , S 2 , S 3 управляются с помощью блока управления SG, управляющие сигналы которого подаются через порт F. GL 1 и L 1 объединены в центральный модуль 10 . 1 .

Блок управления SG предпочтительно представляет собой функциональный модуль, который управляет режимом старт-стоп автомобиля и/или режимом рекуперации автомобиля. Генератор G предпочтительно является так называемым многовольтным генератором, который в зависимости от рабочего состояния бортовой сети может генерировать выходные напряжения, имеющие различные уровни напряжения. При нормальной работе генератор Г может выдать выходное напряжение примерно 14 В, например, что соответствует номинальному напряжению бортовой сети 9.0003 10 . В режиме рекуперации автомобиля генератор 10 обеспечивает более высокое выходное напряжение, например, от 14 В до 32 В. Путем выбора более высокого выходного напряжения можно сделать получение энергии за счет рекуперации более эффективным, т. е. можно рекуперировать больше энергии торможения при примерно одинаковых габаритных размерах генератора G. Энергия рекуперации, полученная с помощью генератора G, предпочтительно сохраняется. в первом накопителе энергии ДЛК, который рассчитан на большее рабочее напряжение, чем номинальное напряжение бортовой сети 10 .

Компоненты центрального модуля 10 . 1 образуют схему преобразователя напряжения. Эта схема может преимущественно функционировать в первом рабочем состоянии как повышающий преобразователь и во втором рабочем состоянии как понижающий преобразователь. При использовании в качестве понижающего преобразователя более высокий уровень напряжения накопителя энергии DLC преобразуется в номинальное напряжение бортовой сети для зарядки второго накопителя энергии, аккумулятора B. При использовании в качестве повышающего преобразователя номинальное напряжение бортовой сети поднимается до более высокого уровня, чтобы иметь возможность заряжать первый накопитель энергии DLC от второго накопителя энергии, батареи B, используя, в частности, это более высокое напряжение. Таким образом, первый накопитель энергии всегда достаточно заряжен, чтобы привести в действие стартер S и успешно запустить двигатель транспортного средства. Емкость накопителя энергии целесообразно выбирать таким образом, чтобы накопленной в нем энергии было достаточно для осуществления хотя бы одной, а предпочтительно многократной процедуры запуска. Режимы работы схемы преобразователя напряжения регулируются блоком управления СГ. Бортовая сеть 10 дополнительно включает измерительный блок VDCL для измерения напряжения на первом накопителе энергии DCL. Измеренное напряжение предпочтительно анализируется блоком управления SG. В других вариантах выполнения накопитель заряда B также может быть подключен к бортовой сети вне центрального модуля 10 . 1 . В этом приложении порт D опущен. Кроме того, накопитель энергии DLC также может быть подключен к генератору G вне центрального модуля 10 . 1 . В этом случае порт C опущен.

РИС. 2 показана бортовая сеть 20 с дополнительным переключающим элементом S 4 . Одна клемма переключающего элемента S 4 подключена к пускателю S через порт B. Переключающий элемент S 4 может принимать два положения переключателя. В первом положении переключателя переключатель переключающего элемента соединен с первым выводом катушки индуктивности L 1 . Таким образом, через переключающий элемент S 4 осуществляется соединение между первым выводом катушки индуктивности L 1 , а через порт B — дистанционную клемму стартера S. Во втором положении переключателя элемент переключателя S 4 подключен через порт D к аккумулятору B. В этом положении переключателя следовательно, электрическое соединение между клеммой заземления стартера S и аккумулятором B. Кроме того, бортовая сеть 20 , показанная на фиг. 2 включает выпрямительный элемент GL 3 , подключенный между вторым выводом катушки индуктивности L 1 и землей. Наконец, бортовая сеть 20 дополнительно включает выпрямительные элементы GL 2 , GL 4 , которые подключены параллельно переключающему элементу S 2 и переключающему элементу S 1 соответственно.

РИС. 3 показан еще один вариант выполнения, в котором резистор R 2 , представляющий собой потребитель электроэнергии бортовой сети, подключен к порту C и таким образом может получать энергию от конденсатора DLC.

В отличие от обычного автомобиля, современный автомобиль, оснащенный системой старт-стоп, необходимо запускать значительно чаще. Из соображений экономии энергии и защиты окружающей среды приводной двигатель такого транспортного средства должен выключаться при каждой остановке и после этого снова надежно запускаться. Чтобы обеспечить это надежно и постоянно, необходим тщательно продуманный контроль бортовой сети. Чтобы гарантировать, что энергии, хранящейся в накопителе энергии DLC, достаточно для надежного перезапуска приводного двигателя, пороговое значение THRESHOLDC для напряжения в накопителе энергии DLC предпочтительно заранее задано в соответствии с настоящим изобретением. Процедура пуска пускателя S путем подачи энергии от накопителя энергии DLC допускается только в том случае, если напряжение, измеренное на накопителе энергии DLC, превышает пороговое значение THRESHOLDC. Пороговое значение THRESHOLDC предпочтительно можно сделать изменяемым, чтобы, например, учитывать температуру двигателя и/или температуру окружающей среды. Таким образом, может быть обеспечено, например, то, что в случае холодного пуска будет доступно больше энергии, чем в случае горячего пуска. Если на накопителе энергии DLC, который в первую очередь предназначен для подачи энергии на стартер S, установится чрезмерно низкое напряжение, его можно подзарядить, подав энергию от второго накопителя энергии (аккумулятора B). Зарядка накопителя энергии DLC возможна благодаря тому, что номинальное напряжение бортовой сети, обычно составляющее примерно 14 В, повышается за счет повышающего преобразования с помощью преобразователя напряжения в центральном модуле 9.0003 10 . 1 на более высокое значение, например, примерно 32 В. Если путем измерения напряжения во время процедуры пуска с питанием пускателя S от энергоаккумулятора DLC установлено, что напряжение на энергоаккумуляторе упало до уровня номинальное напряжение бортовой сети, накопитель энергии DLC целесообразно подключить к накопителю энергии, аккумуляторной батарее B, чтобы обеспечить достаточную пусковую энергию для стартера S. Управление различными переключающими элементами, необходимыми для этой цели, осуществляется блоком управления. СГ.

Для достижения максимально возможного срока службы пускателя, несмотря на частые пусковые процедуры, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрено ограничение мощности для пускового тока, чтобы не перегружать пускатель S. Ограничение мощности предпочтительно достигается за счет двухточечного регулирования. Для этого переключающий элемент S 2 соответственно синхронизируется с блоком управления SG. Полупроводниковые коммутационные элементы предпочтительно используются в качестве коммутационных элементов в бортовой сети, выполненной согласно настоящему изобретению. Предпочтительно в него может быть встроен измерительный блок для определения силы тока. Это может быть, например, измерительный резистор с низким значением сопротивления, при котором при протекании тока возникает падение напряжения, соответствующее силе тока, причем падение напряжения сравнительно легко обнаруживается измерительным блоком.

Далее поясняются различные рабочие состояния автомобиля со ссылкой на РИС. 4 по фиг. 7, на каждой из которых также показаны упрощенные виды бортовой сети транспортного средства, имеющего устройство «старт-стоп».

Горячий запуск с использованием подачи энергии от накопителя энергии DLC поясняется далее на основе фиг. 4. Генератор G неактивен во время запуска. Переключающий элемент S 2 управляется по часам, чтобы питать пускатель S током от накопителя энергии DLC. Переключающий элемент S 3 можно использовать в качестве обратного диода. В качестве альтернативы диод GL 1 может взять на себя функцию свободного хода. Переключающий элемент S 1 размыкается во время запуска.

Операция рекуперации и нормальная работа будут кратко объяснены со ссылкой на фиг. 5. Во время рекуперации переключатель S 2 замкнут. Генератор G настроен на более высокое выходное напряжение. Выходное напряжение генератора G подается на накопитель энергии DLC и заряжает его. Переключающий элемент S 2 управляется по часам, чтобы понизить выходное высокое напряжение генератора G до более низкого уровня напряжения, с помощью которого накопитель энергии B может быть заряжен, например, до напряжения приблизительно 14 В. В нормальном режиме переключатель S 1 замкнут. Переключающий элемент S 2 также закрыт. Аккумулятор энергии DLC, таким образом, может также буферизовать бортовую сеть (потребитель R 1 ), питаемую энергией от накопителя энергии B.

Так называемый холодный запуск будет объяснен со ссылкой на фиг. 6. Когда накопитель энергии DLC заряжен, переключающий элемент S 2 управляется таким образом, что пусковой ток для пускателя S может сначала браться из накопителя энергии DLC. Если напряжение на накопителе энергии DLC падает ниже напряжения накопителя энергии B, элемент переключателя может быть замкнут, чтобы пускатель S дополнительно питался энергией от накопителя энергии B. Генератор G неактивен во время процедуры запуска.

Зарядка накопителя энергии DLC будет описана ниже со ссылкой на фиг. 7. После замыкания переключающего элемента S 1 , накопитель энергии DLC может быть заряжен до заданного напряжения примерно 14 В от бортовой сети, включая накопитель энергии B. Напротив, если накопитель энергии DLC должен быть заряжен до более высокого напряжения, должно быть выполнено повышающее преобразование. выполненный. Для этого переключающий элемент S 3 управляется по часам. Переключающий элемент S 2 может управляться синхронным выпрямлением. Если в качестве переключающего элемента S 2 в варианте осуществления используется MOSFET-транзистор, для выпрямления можно также использовать диод на его подложке.

В особо предпочтительном варианте выполнения (фиг. 8) схема имеет многоканальное исполнение. В иллюстрированном примере показана двухканальная конструкция. В первом канале переключательный элемент S 2 . 1 , выпрямительный элемент GL 1 .