di Nicola Rosano | Power Systems Responsible Engineer Emea di Vicor
Gli Oem dell’automotive stanno avanzando costantemente verso il giorno in cui passeranno a una rete di distribuzione dell’alimentazione a 48V. L’utilizzo di una PDN a 48V minimizza efficacemente la dissipazione di energia dovuta alla resistenza, consentendo la trasmissione di potenze più elevate e facilitando una migliore distribuzione complessiva dell’alimentazione. Un’architettura a 48V, che utilizza cavi più sottili, risulta in un sistema di distribuzione dell’alimentazione più leggero, più conveniente e più semplice da integrare nel veicolo. Ecco i suoi principali vantaggi.
Soddisfare le crescenti esigenze di potenza dei veicoli | I veicoli elettrici e ibridi necessitano di livelli di potenza più elevati per la propulsione e i sistemi ausiliari, superando le capacità dei convenzionali sistemi a 12V.
Recupero di energia | La frenata rigenerativa e altre tecnologie di recupero di energia sono più efficaci, fornendo una maggiore efficienza energetica e una maggiore autonomia.
Ridotte emissioni di CO₂ | La transizione ai sistemi a 48V contribuisce all’efficienza complessiva del carburante e alla riduzione delle emissioni di carbonio, allineandosi con gli obiettivi ambientali globali.
Migliorata efficienza | Un sistema ad alta tensione consente di ridurre i livelli di corrente, minimizzando le perdite resistive e migliorando l’efficienza complessiva della distribuzione dell’alimentazione.
Esplorare una rete di distribuzione
Un sistema di architettura zonale a 48V rappresenta un cambiamento di paradigma per l’industria, capitalizzando sulla legge di Ohm tramite la decentralizzazione della conversione Dc-Dc, portandola più vicino ai punti di carico piuttosto che all’interno di una silver box centralizzata. Questo approccio coinvolge la conversione HV-to-48V, consentendo la distribuzione sicura di 48V in tutto il veicolo. La conversione da 48V a 12V avviene quindi nel punto di carico. Trasmettendo potenza a 48V invece di 12V, i cavi possono essere più sottili, più leggeri e significativamente più economici. Questo filo più piccolo e più flessibile è anche più facile da instradare all’interno del veicolo. Inoltre, questo approccio distribuisce uniformemente le perdite di calore associate ai convertitori Dc-Dc in tutto il veicolo, consentendo l’uso potenziale della conduzione del calore montata sul telaio e del raffreddamento ad aria convettivo.
L’approccio di Tesla
L’implementazione dell’architettura zonale a 48V può essere raggiunta attraverso vari metodi. Ad esempio, nei sistemi mild hybrid, una batteria con questo voltaggio può essere impiegata insieme alla batteria esistente a 12V. Nel caso di veicoli ibridi che utilizzano batterie da 800V o 400V, è possibile utilizzare moduli di potenza per trasformare questa tensione in 48V, creando una batteria simulata o “virtuale”. Tesla, insieme ad altre importanti aziende, sta abbracciando questa tecnologia con piani per far passare l’intera flotta a 48V. Il Cybertruck è stato il primo a effettuare questa transizione. Adottando un’architettura zonale a 48V e convertitori Dc-Dc contemporanei, Tesla ha migliorato l’efficienza di conversione dell’alimentazione, riducendo i cablaggi ingombranti e il peso. Un’architettura zonale di questo tipo instraderà 48V in tutto il veicolo e convertirà a 12V nei “punti finali” delle zone.
Moduli di potenza ad alta densità
I convertitori da 48V a 12V sono fondamentali per ottimizzare la rete di distribuzione dell’alimentazione zonale a 48V. I moduli di potenza ad alta densità sono compatti, leggeri ed efficienti. I moduli di potenza ad alta densità Vicor aiutano gli Oem a sfruttare i vantaggi della tecnologia a 48V, riducendo al minimo gli ingombri e il peso. Il portafoglio Vicor comprende convertitori a rapporto fisso e regolati che supportano sia i carichi a 48V che quelli a 12V, operando in modalità buck o boost. Questi convertitori possono essere implementati in un unico alloggiamento o distribuiti in tutto il veicolo per creare una rete di distribuzione dell’alimentazione a 48V più compatta e leggera. Quando utilizzati in combinazione con un’architettura zonale decentralizzata, ottimizzano la rete di distribuzione dell’alimentazione del veicolo. I moduli di potenza possono ridurre il peso del veicolo fino a 18 kg, portando ipoteticamente l’autonomia dell’EV ad aumentare di quasi 4.000 miglia all’anno, senza un aumento del peso. Questo dato è significativo perché l’americano medio percorre 14.263 miglia all’anno. Pertanto, un’architettura zonale a 48V può aumentare il chilometraggio annuo del 28% e ridurre i tempi di ricarica annuali fino al 30%. Il desiderio dei consumatori di comfort e stile è parte di ciò che guida le maggiori richieste di potenza nei BEV e necessita di una maggiore efficienza energetica per soddisfarle in tutto il veicolo. La tecnologia a 48V è attualmente l’unica opzione per tenere il passo con l’aumento della domanda elettrica. Sebbene vi siano costi associati alla conversione, un’architettura zonale a 48V costruita con moduli di potenza offre risparmi a lungo termine molto maggiori, fornendo un ritorno sull’investimento più elevato. Le architetture zonali più efficienti utilizzano convertitori piccoli e leggeri direttamente al punto di carico. I moduli ad alta densità di potenza sono la scelta ideale per la conversione da 48V a 12V.
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