Вспомните времена, когда вы стригли газон бензиновой газонокосилкой. Помните ли вы, как вы ее заводили? Скорее всего, вы несколько раз дергали за длинный шнур, пытаясь заставить двигатель завестись. Ранние автомобили имели аналогичный механизм запуска, когда пользователю приходилось использовать механическую ручную рукоятку, чтобы завести машину. По сравнению с современными автомобилями, ранние машины не требовали электричества из-за отсутствия фар и внутренней электроники.
В 1920-х годах на смену механической системе был изобретен электрический стартер. Эта система требовала источника электроэнергии, и таким образом началось внедрение аккумуляторов в автомобили. Изначально эти батареи были небольшими, обычно это были 6-вольтовые свинцово-кислотные аккумуляторы. По мере роста размеров автомобиля и потребностей в электроэнергии промышленность перешла на 12-вольтовые батареи. И по сей день свинцово-кислотные батареи используются для запуска двигателя. Однако свинец токсичен, и защитники окружающей среды уже много лет добиваются альтернативы. В Европе законодатели добились того, что никель-кадмиевые батареи не используются в потребительских товарах, и власти хотят сделать то же самое со стартерными батареями. Стандартной альтернативой является литий-ионный аккумулятор, но низкие показатели холодного пуска и высокие цены препятствуют его широкому распространению.
Как и бензиновый автомобиль, электромобиль оснащен 12-вольтовой батареей для питания аксессуаров и функций безопасности, пока машина стоит на стоянке. Системы на 12 В остаются популярными благодаря минимальным требованиям к калибру проводов и тому факту, что одни и те же детали могут использоваться как для бензиновых, так и для электрических автомобилей. Хотя может показаться логичным просто использовать основной высоковольтный аккумуляторный блок для питания электрических систем автомобиля вместо отдельной 12-вольтовой батареи, есть несколько причин, по которым это нецелесообразно:
- Основная высоковольтная батарея предназначена для питания электродвигателя и приведения автомобиля в движение, а не для обеспечения стабильной подачи электроэнергии в электрические системы автомобиля. Использование высоковольтной батареи для этих целей создаст большую нагрузку на нее и может сократить общий срок службы.
- Основная высоковольтная батарея намного больше и тяжелее, чем 12-вольтовая батарея, что добавит автомобилю ненужный вес. Использование отдельной, более компактной 12-вольтовой батареи позволяет снизить вес автомобиля и повысить его общую эффективность.
Роли батареи 12 В
12-вольтовая батарея выполняет несколько важных функций, некоторые из которых являются общими для бензиновых и электрических автомобилей.
- Он питает электрические системы автомобиля, когда автомобиль не используется, включая центральный замок, сигнализацию и другие системы безопасности [общие с бензиновыми автомобилями].
- Он питает бортовой компьютер и диагностические системы автомобиля, что необходимо для запуска и мониторинга основного высоковольтного блока.
- Он действует как буфер для основного высоковольтного блока аккумуляторов, помогая сгладить любые колебания в мощности высоковольтного аккумулятора, обеспечивая стабильную подачу электроэнергии в электрические системы автомобиля.
Зарядка аккумулятора 12 В
В бензиновых автомобилях аккумулятор 12 В обеспечивает большой заряд электричества, необходимый для запуска двигателя автомобиля. Эту энергию необходимо восполнять, иначе в следующий раз батарее не хватит энергии для запуска автомобиля. Для зарядки аккумулятора в бензиновых автомобилях используется генератор, который действует как небольшой электрогенератор, преобразуя механическую энергию в электрическую. Электромобили, с другой стороны, не имеют двигателей с системами шкивов, и поэтому в них нет генератора. Так как же зарядить 12 В в электромобиле?
Аккумулятор 12 В в EV обычно заряжается с помощью процесса, называемого "струйной зарядкой". Это подразумевает использование небольшого количества электроэнергии от основного высоковольтного блока батарей для поддержания 12-вольтовой батареи в заряженном состоянии во время эксплуатации автомобиля. Простая зарядка помогает гарантировать, что 12-вольтовая батарея всегда будет иметь достаточно энергии для выполнения своих различных функций, даже когда основная высоковольтная батарея используется для приведения автомобиля в движение. Помимо поддержания заряда 12-вольтовой батареи, струйная зарядка также помогает сохранить здоровье батареи и продлить срок ее службы. Этот процесс зарядки также происходит при зарядке более крупной высоковольтной батареи.
Важно отметить, что батарея 12 В в EV не всегда такая же, как в традиционных бензиновых автомобилях. 12-вольтовая батарея в EV часто представляет собой особый тип батареи, называемый "батареей глубокого цикла", которая предназначена для регулярной разрядки и зарядки. В отличие от "стартерного" аккумулятора в традиционном бензиновом автомобиле, который предназначен для обеспечения импульсной мощности для запуска двигателя и не предназначен для регулярной разрядки.
Требования к 12-вольтовой батарее
Батарея 12 В обеспечивает высокий ток, необходимый для запуска двигателя внутреннего сгорания, и вся электрическая архитектура автомобиля с ДВС была разработана для питания от батареи 12 В, когда двигатель выключен. В автомобилях с ДВС этот первоначальный большой расход энергии является самым большим за короткий период времени, который испытывает батарея, и происходит только в начале каждого нового цикла движения. Аналогично, автомобили, оснащенные функцией автоматического старт-стоп, часто имеют специализированную батарею с более высоким сроком службы, чтобы учесть дополнительные потребности.
Замена батареи 12 В
Идея отказа от 12-вольтовой батареи в EV была предложена, в частности, потому, что они увеличивают стоимость, вес и занимают ценное пространство в автомобиле, который уже имеет большую батарею. Если мы надеемся заменить 12-вольтовую батарею, производители должны решить три задачи:
- Стоимость - свинцово-кислотные батареи дешевы, и в большинстве случаев дороже обходится использование системы преобразования DC-DC для преобразования 400 В (от блока батарей) в 12 В для всей электроники.
- Сложность - переделка чего-либо в автомобиле является сложной работой, а свинцово-кислотные батареи отличаются проверенной прочностью и относительно долгим сроком службы.
- Безопасность - большинство низковольтных систем находятся в непосредственной близости от пассажиров. Свинцово-кислотные батареи позволяют изолировать высокое напряжение, отсоединив основной аккумулятор от критически важных систем. Высокое напряжение в пассажирском салоне потребует многоуровневой защиты.
Многие автомобильные системы, особенно системы безопасности, должны быстро реагировать на внезапные изменения напряжения. Исторически сложилось так, что небольшие батареи имеют гораздо лучшее время отклика, чем DC-DC преобразователи питания. Кроме того, до недавнего времени существовало мало вариантов безопасного и надежного преобразования 800 или 400 В в 12 В с быстрым временем отклика и без увеличения объема и веса. Некоторые компании, такие как Vicor, предложили высокопроизводительные преобразователи питания как способ "отказаться от 12-вольтовой батареи и добиться улучшенной переходной характеристики, снижения веса и увеличения пространства в корпусе - все это способствует увеличению дальности действия и улучшению общей производительности".
Износ батареи в EV по сравнению с ICE
Просматривая форумы EV по всему интернету, можно заметить общую тему - увеличение частоты замены 12-вольтовых батарей. Многие владельцы сообщают, что заменяют батарею всего через 2-3 года, что гораздо раньше, чем типичная замена в автомобилях с ДВС. Кроме того, плохо работающая батарея имеет четкие симптомы в автомобиле с ДВС - медленно вращается стартер. В EV, однако, довольно сложно оценить проблемы с 12-вольтовой батареей, поскольку это становится проблемой программного обеспечения. Владельцы часто сообщают о странном поведении автомобиля, например, о мигающих лампочках на приборной панели или проблемах с информационно-развлекательной системой. Инженеры в этой области предположили, что вероятным виновником является само программное обеспечение. Производители EV пошли по легкому пути при разработке системы раздельных батарей, взяв на вооружение существующую архитектуру ДВС, потому что она работает. Проблема, скорее всего, в том, как и когда высоковольтная батарея заряжает 12-вольтовую батарею, а также в том, какую роль играет дополнительная электроника (например, BMS, пользователи, проверяющие SOC).
плохо работающая батарея имеет четкие симптомы в автомобиле с ДВС, часто медленно заводится.
плохой перевод