W przeciwieństwie do pojazdów w pełni hybrydowych wykorzystujących do napędzania pojazdu silnik spalinowy i/lub elektryczny, 48-woltowy łagodny układ hybrydowy stosowany jest w typowych pojazdach z systemem start-stop przy wykorzystaniu zintegrowanego zespołu silnika/generatora elektrycznego 48 V, który ma za zadanie dodatkowo polepszyć przyspieszenie oraz zwiększyć oszczędność paliwa.
Ponadto podzespoły zasilane elektrycznie, takie jak sprężarka układu klimatyzacji, pompa wspomagania kierownicy i pompa oleju silnikowego dodatkowo zmniejszają obciążenie silnika oraz zwiększają wydajność paliwową.
1. Zespół silnika elektrycznego/generatora.
2. Falownik AC/DC.
3 Akumulator 48-woltowy.
4. Przetwornica DC/DC.
5. 48-woltowy rozdzielacz zasilania.
6. Akumulator 12-woltowy.
7. 12-woltowy rozdzielacz zasilania.
8 Elektryczna turbina.
Stosowanie w pojazdach zasilania o napięciu wyższym niż 12 V nie jest niczym nowym: już w latach 90. w branży motoryzacyjnej rozważano zastosowanie instalacji 42-woltowej. Pomysł ten został później porzucony ze względu na obawy związane z kosztami, a także kwestie praktyczne, takie jak przedwczesne awarie przełączników i przekaźników. Kierując się jednak troską o środowisko, w nowoczesnej elektronice stosuje się bardziej wytrzymałe tranzystory, diody i mikroprzełączniki, co sprawia, że ta opcja jest bardziej opłacalna.
A więc dlaczego poprzestać na 48 woltach? Według obecnych przepisów prawnych wszystkie układy powyżej 60 V klasyfikuje się oficjalnie jako „układy wysokiego napięcia”. Wiąże się to z dodatkowymi kosztami, ponieważ wymagane jest zastosowanie droższego ekranowania, złączy i przewodów. Tego typu komponenty używane w pojazdach hybrydowych i elektrycznych są powszechnie koloru pomarańczowego. Nie oznacza to jednak, że cała architektura elektryczna pojazdu zostanie przemieniona na 48 V. Konwencjonalne zasilanie 12-woltowe jest nadal wykorzystywane do zasilania wielu standardowych obwodów, takich jak światła, zamki, elektryczne szyby i system audio-nawigacyjny.
Typowa 48-woltowa łagodna hybryda ma jedynie niewielką liczbę dodatkowych podzespołów: zespół silnika elektrycznego/generatora, falownik AC/DC, przetwornicę DC/DC, akumulator 48 V i elektryczną turbinę.
• Zespół silnika elektrycznego/generatora: Chłodzony cieczą i napędzany przez pasek rozrządu silnik elektryczny/generator zastępuje zwykły alternator i służy do ponownego uruchamiania silnika po wyłączeniu przez system stop-start. Z kolei tradycyjny 12-woltowy rozrusznik służy do normalnego rozruchu za pomocą kluczyka zapłonu.
Czasami silnik elektryczny/generator wykorzystywany jest do wspierania silnika spalinowego w celu poprawy przyspieszenia i strategicznego zmniejszenia obciążenia, aby zmaksymalizować oszczędność paliwa. Ponadto silnik elektryczny/generator w trybie generatora ładuje oba akumulatory, podobnie jak konwencjonalny alternator, a dodatkowo również podczas jazdy wybiegiem i przy hamowaniu.
• Falownik AC/DC: Falownik AC/DC może być zintegrowany lub niezintegrowany z 48-woltowym silnikiem elektrycznym/generatorem i ma na celu wykonywanie dwóch funkcji.
Po pierwsze przekształca prąd stały (DC) z akumulatora 48 V na prąd przemienny (AC), który następnie zasila silnik elektryczny/generator w trybie silnika.
Po drugie przekształca prąd przemienny generowany przez silnik elektryczny/generator w trybie generatora na prąd stały, w wyniku czego ładowane są akumulatory 12 i 48 V.
• Przetwornica DC/DC: Ponieważ pojazd ten obejmuje zarówno układy 12 V, jak i 48 V, zainstalowano przetwornicę DC/DC do redukcji napięcia elektrycznego z 48 V do 12 V.
• Akumulator 48-woltowy: 48-woltowy akumulator litowo-jonowy jest zwykle umieszczony z tyłu pojazdu i, podobnie jak silnik elektryczny/generator, może wykorzystywać układ chłodzenia do rozpraszania ciepła.
• Elektryczna turbina: Konwencjonalna turbosprężarka zastąpiona jest wersją elektryczną, znaną jako elektryczna turbina. Zamiast czekać, aż spaliny przyspieszą wirnik, silnik elektryczny napędza wirnik, zapewniając natychmiastowe niezbędne przyspieszenie bez dobrze znanego opóźnienia, jakie zwykle występuje w silnikach z turbodoładowaniem. Alternatywnie również sprężarki typu supercharger są dostępne w wersji elektrycznej i osiągają takie same wyniki, jak turbosprężarki napędzane przez silnik elektryczny.
48-woltowy łagodny układ hybrydowy nieustannie ewoluuje, aby spełniać przepisy dotyczące emisji spalin, redukować zużycie paliwa i zwiększać przyspieszenie. Z tego powodu producenci pojazdów rozpoczęli już prace nad innymi inteligentnymi ulepszeniami układu 48-woltowego. Poniżej przedstawiamy kilka przykładów:
• Technologia wyłączania cylindrów DSF (ang. Dynamic Skip Fire): Dezaktywacja cylindra jest zintegrowana z łagodnym układem hybrydowym 48 V. System DSF odłącza cylinder poprzez odłączenie popychaczy wałka rozrządu. Powoduje to zamknięcie zaworów wlotowych i wylotowych, gdy wymagana jest niższa moc, co zapewnia większą oszczędność paliwa.
• Rozszerzona technologia stop-start: W przeciwieństwie do konwencjonalnej technologii stop-start, w której silnik wyłączany jest, gdy pojazd zatrzymuje się całkowicie, rozszerzony system stop-start wyłącza silnik również wtedy, gdy pojazd zbliża się do momentu zatrzymania lub porusza się ze stałą prędkością.
• Reaktor katalityczny ogrzewany elektrycznie: W celu zmniejszenia emisji szkodliwych spalin katalizator musi jak najszybciej osiągać temperaturę roboczą. W układach hybrydowych jest to utrudnione z powodu częstego wyłączania silnika przez system stop-start lub jazdy wybiegiem przy wyłączonym silniku. Jest jednak proste rozwiązanie ‒ podgrzewanie katalizatora elektrycznie za pomocą układu 48 V.
• Komponenty pomocnicze napędzane przez silnik elektryczny: Pompa wodna i sprężarka układu klimatyzacji (AC) to dwa przykłady komponentów, które mogą być napędzane elektrycznie. Zmniejsza to pasożytniczy opór silnika, a przede wszystkim pozwala komponentom ustawić własny cykl pracy w zależności od wymagań pojazdu i kierowcy.
A zatem, podczas gdy obecny układ 12-woltowy nie radzi sobie tak dobrze, jak inne, droższe, w pełni hybrydowe układy napędowe, 48-woltowa łagodna technologia hybrydowa stanowi opłacalne rozwiązanie spełniające przepisy dotyczące emisji spalin oraz przyszły wzrost zapotrzebowania energochłonnych komponentów elektrycznych.
Przewiduje się, że wykorzystanie technologii 48 V wzrośnie jeszcze bardziej, zwłaszcza że wprowadzane są coraz bardziej rygorystyczne przepisy w zakresie emisji CO2, a wykorzystanie silnika spalinowego ciągle spada.
Wraz ze wzrostem popularności i zapotrzebowania na hybrydowe pojazdy elektryczne oraz pojazdy elektryczne Autodata publikuje nowe schematy połączeń układu napędowego, pozostając niezawodnie czołowym rozwiązaniem do diagnostyki i naprawy wszystkich pojazdów drogowych.