為什么汽車電源正在用 48V 取代 12V
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-08-09 16:07:16
假設(shè)您需要為汽車的起動電機供電??赡艽嬖谝韵蚂o態(tài)和動態(tài)特征:
電源電壓:12V
額定電流:40A
額定功率:480W
標(biāo)稱平均阻抗:0.3Ω
浪涌電流:150A
浪涌功率:1,800 W
浪涌阻抗:0.08Ω
在不考慮高浪涌電流(但對電線粗細(xì)影響)的情況下,12V電池必須暫時為電機提供40A的電流,才能使其以高扭矩旋轉(zhuǎn)。電池和電機本身需要承受總計數(shù)千焦耳的巨大能量需求。系統(tǒng)中的電纜必須充足且具有大的橫截面積,以支持這種電流水平,并防止它們過熱并造成火災(zāi)風(fēng)險(參見圖 1 中的相應(yīng)原理圖)。上述計算得到歐姆定律的支持,其中還包括以下關(guān)鍵公式:

這兩個公式產(chǎn)生了其他反比關(guān)系,從而可以計算具有其他已知值的電阻和電流?;氐诫姍C示例,40 A 的連續(xù)電流是一個相當(dāng)大的值,必須安全處理。從示例電機的銘牌數(shù)據(jù)出發(fā),可解出以下關(guān)系:
I = P/V = 480/12=40 A
R = V/I = 12/40=0.3 Ω
通過該電流值的電源線的橫截面積為 6 mm?,但還必須包括浪涌電流,因此建議的橫截面積升至 35 mm左右。

圖1:兩種電源系統(tǒng)的等效接線圖
駕車者可以與值得信賴的電工一起使用特殊的圖表。如果電源是48V,情況就完全不同了,同樣的功耗,流過電纜的電流會低很多。將電源電壓從 12 V 提高到 48 V 會減少流經(jīng)電路的電流,并且可以安全地選擇更小的直徑的電纜尺寸。這使得布線更輕、更便宜。
電纜溫度模擬
根據(jù)上面計算的數(shù)據(jù),現(xiàn)在可以模擬使用不同部分的電纜為上述12V和48V電壓的電機供電。目的是找出在相同功率下,接線是否經(jīng)過使用兩個電壓時溫度急劇升高。對于模擬,僅考慮穩(wěn)態(tài)(而不是浪涌)下的發(fā)動機運行。
請注意,電纜的電阻值如下:

利用電纜在各種操作條件下消耗的功率,可以進(jìn)行多次有限元模擬,原則上計算它們可以達(dá)到的溫度。當(dāng)電流流過導(dǎo)體時,部分能量通過焦耳效應(yīng)轉(zhuǎn)化為熱量,產(chǎn)生的熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中。該溫度取決于多種因素,例如導(dǎo)體的電阻、電流、暴露的表面積和環(huán)境溫度。熱模擬FEM的一般條件如下:
環(huán)境溫度:27℃
銅導(dǎo)熱系數(shù):395 mW/(mm/°C)
48V 電源在現(xiàn)代汽車中的使用越來越普遍。這是因為與 12V 系統(tǒng)相比,48V 電氣系統(tǒng)還可以節(jié)省 15% 的能源。盡管 48V 系統(tǒng)的設(shè)計更具挑戰(zhàn)性,但電子元件更小、更輕,這可以提高車輛性能和效率。
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