En los automóviles , un sistema eléctrico de 42 voltios fue un estándar de energía eléctrica propuesto a finales de los años 1990. Su objetivo era facilitar accesorios eléctricos cada vez más potentes en automóviles y mazos de cables más ligeros . Se propuso utilizar motores eléctricos para dirección asistida u otros sistemas, proporcionando instalaciones más compactas y eliminando el peso de las correas de transmisión o cables grandes para cargas de alta corriente .
El nuevo estándar propuesto triplicaba exactamente el voltaje de los sistemas de "12 voltios" existentes. Se seleccionó el voltaje más alto para proporcionar una mayor capacidad de energía para el cableado y los dispositivos, por un lado, y para mantenerse por debajo del límite de 50 voltios utilizado como guía para el riesgo de descarga eléctrica . El fabricante de automóviles europeo Daimler-Benz propuso una marca de 42 V para la conversión.
Aunque muchos fabricantes predecían un cambio a sistemas eléctricos de 36 voltios ( batería de iones de litio ) / 42 voltios (voltaje de carga), el cambio a "42 V" no se produjo a principios del siglo XXI y los planes se abandonaron en su mayoría en 2009. [1] La disponibilidad de motores de mayor eficiencia, nuevas técnicas de cableado y controles digitales, y un enfoque en sistemas de vehículos híbridos que utilizan arrancadores/generadores de alto voltaje eliminaron en gran medida el impulso intersectorial de la década de 2000 para aumentar los principales voltajes automotrices. [1] Las aplicaciones que alguna vez se pensó que requerían voltajes más altos, como la dirección asistida eléctrica, se lograron posteriormente con sistemas de 12 voltios. [1] A finales de la década de 2000, los componentes eléctricos de 42 voltios se utilizaban sólo en unas pocas aplicaciones automotrices, ya que las bombillas incandescentes funcionan bien a 12 voltios y la conmutación de un circuito de 42 voltios es más difícil. [1] [2]
En la década de 2010, los sistemas eléctricos de 48 voltios se hicieron populares.
La SAE discutió un aumento del voltaje estándar para los automóviles ya en 1988. [3]
En 1994, por iniciativa de Daimler-Benz , se llevó a cabo el primer "Taller sobre Arquitecturas Avanzadas para Sistemas de Distribución Eléctrica Automotriz" en el Laboratorio de Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT/LEES) en Cambridge , Massachusetts , EE.UU. con el objetivo de definir la arquitectura de un futuro sistema eléctrico de automoción. Desde el principio, entre los participantes en este taller se encontraban proveedores además de las empresas automovilísticas Daimler-Benz , Ford y General Motors .
En septiembre de 1995 se compararon en el MIT diversas arquitecturas de sistemas eléctricos utilizando la herramienta "MAESTrO", y en diciembre de 1995, en las "Conclusiones" de este estudio, se definió un nivel de tensión futuro de aproximadamente 40 V.
A principios de 1996 se creó el "Consorcio sobre sistemas eléctricos y electrónicos avanzados para automóviles". En el taller posterior, celebrado en marzo de 1996, se confirmó la futura tensión nominal de 42 V.
En agosto de 1996, IEEE Spectrum [4] publicó el artículo "Sistemas eléctricos automotrices alrededor de 2005".
Con motivo de la Convergencia de octubre de 1996 en Detroit, el Profesor John G. Kassakian (MIT) dio una charla titulada "El futuro de los sistemas eléctricos automotrices" como parte del "Taller IEEE sobre electrónica de potencia para automóviles".
El 24 de marzo de 1997, Daimler-Benz presentó al MIT un "Proyecto de especificación de un sistema de energía eléctrica para vehículos de doble voltaje de 42 V/14 V".
Paralelamente a las actividades en EE.UU., en 1994, también por iniciativa de Daimler-Benz , la antigua SICAN GmbH celebró en Hannover su primer " Foro Bordnetz " (Foro sobre sistemas eléctricos de vehículos) para empresas automovilísticas alemanas. También en este caso se invitó a participar desde una fase muy temprana a los proveedores, junto con todos los fabricantes de vehículos europeos.
El 15 de febrero de 1996 se aprobó el documento introductorio " Bordnetzarchitektur im Jahr 2005 " (Arquitectura de sistemas eléctricos de automóviles para el año 2005) y el 4 de junio de 1996 BMW presentó la " Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz " (Tabla de cargas presentes y futuras en el vehículo de motor) y el " 42V/14V-Bordnetz " (42V/14V PowerNet).
El 13 de septiembre de 1996, en la séptima reunión técnica internacional sobre electrónica de vehículos en Baden-Baden , despertó considerable interés el artículo " Neue Bordnetz-Architektur und Konsequenzen " (Nueva arquitectura y consecuencias de los sistemas eléctricos automotrices), presentado por el Dr. Richard. D. Tabors (MIT).
El 6 de marzo de 1997, BMW presentó el " Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V/14V " (Proyecto de especificación de un sistema eléctrico de doble voltaje para vehículos de 42V/14V) en Hannover.
El trabajo en SICAN GmbH recibió un impulso decisivo gracias a la cooperación entre BMW y Daimler-Benz , como lo demuestra la definición conjunta de la "Lista de carga europea 2005" y el "Proyecto de especificación de un sistema de energía eléctrica para vehículos de doble voltaje de 42 V/ 14V".
Volvo ha utilizado 42 V para algunos de sus híbridos suaves. [5] [6]
La mayor adopción de tecnologías de vehículos híbridos en la década de 2010 llevó a la implementación de sistemas de 48 voltios en vehículos híbridos suaves , que agregan impulso eléctrico a la propulsión típica del motor de combustión interna (ICE) y facilitan cierta regeneración durante el frenado para ahorrar combustible. [7]
En 2011, varios fabricantes de automóviles alemanes acordaron una red de suministro de energía eléctrica a bordo de 48 V además de la red actual de 12 V e introdujeron el "Combo plug", un enchufe común para vehículos eléctricos con carga de CC. [8] A partir de 2018, este sistema eléctrico de 48 voltios se había aplicado en vehículos de producción como los SUV Porsche y Bentley , mientras que Volvo y Audi planeaban utilizar el estándar de 48 voltios en los vehículos de 2019. [9] [ necesita actualización ]
En marzo de 2023, Tesla Inc. comenzó la producción del Cybertruck con una arquitectura de 48 voltios, [10] el primer vehículo de producción que utiliza 48 voltios como voltaje del sistema para todo el sistema de bajo voltaje. Han indicado que su vehículo de próxima generación también utilizará un sistema eléctrico de bajo voltaje de 48 V. [11]
Las baterías de plomo-ácido de seis celdas producen alrededor de 12,6 voltios mientras se descargan, y sus correspondientes alternadores automotrices están diseñados para producir de 13,5 a 14,5 voltios durante la carga. [1] 42 voltios es una aproximación de la salida del sistema de carga del nuevo estándar. [2] El actual sistema eléctrico automotriz nominal de 12 V generalmente funciona alrededor de 13,8 voltios, por lo que 14 V es descriptivo. La literatura sobre sistemas eléctricos de 42 voltios a menudo se refiere a sistemas alimentados con una batería de plomo-ácido de 6 celdas como nominalmente de 14 voltios. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, la tensión del sistema eléctrico del vehículo hoy en día puede variar entre 6,5 y 16 V, superponiéndose a este valor un grado variable de ondulación.
Después de un extenso trabajo preparatorio, que dio como resultado la "Lista de cargas en el automóvil del año 2005", se compararon varias arquitecturas de sistemas eléctricos de automóviles utilizando la herramienta "MAESTrO" ( 12 V, 12 V/24 V DC, 12 V/48 V DC y 12 V/60 V AC ) en el taller de septiembre de 1995 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT/LEES). El hallazgo de este estudio fue que el voltaje directo más alto posible era la mejor alternativa.
El factor limitante para tensiones continuas es un límite de protección contra descargas eléctricas de 60 V, que no debe sobrepasarse ni siquiera en caso de fluctuaciones de tensión provocadas por condiciones extremas. Este límite elimina la opción de un sistema eléctrico automotriz con un voltaje nominal de batería de 48 V, porque a bajas temperaturas el voltaje de carga de la batería puede alcanzar los 60 V. Además, el precio, el peso y el volumen de las baterías están influenciados por el número de células, que por lo tanto deben reducirse al mínimo.
Las nuevas tecnologías de baterías para aplicaciones automotrices no habrían estado disponibles a costos asequibles para el PowerNet de 42 V/14 V. Las baterías de plomo-ácido son económicas y tienen una característica de carga/descarga muy "compatible". Por lo tanto, se habrían utilizado baterías de plomo-ácido optimizadas en cuanto a energía y vida útil en el voltaje más bajo y optimizadas en cuanto a energía al voltaje más alto.
Otro criterio importante para una nueva arquitectura era que debería permitir la conversión gradual de cargas al sistema de mayor voltaje según fuera necesario.
En un sistema de 42 V/14 V , la rama de 14 V debería haberse liberado de cargas de mayor potencia y debería funcionar dentro de límites mucho más estrechos.
La electrónica de potencia está adquiriendo cada vez más importancia en el sector del automóvil y será un factor decisivo en el precio de los vehículos del futuro. Por lo tanto, este criterio era especialmente importante a la hora de seleccionar el nivel de tensión superior más adecuado. A pesar de la considerable tendencia al alza de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción, su cuota de mercado disminuirá, porque las tasas de crecimiento en otros segmentos del mercado son aún mayores. Sólo por eso es inconcebible una tecnología de fabricación específica para el uso en el sector del automóvil. [ cita necesaria ]
En intensas conversaciones con los principales fabricantes de semiconductores se demostró que una tensión de aproximadamente 40 V era ventajosa. Muchos argumentos se resumen en el artículo " Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze " [12] ("Intelligent Power Semiconductors for Future Automotive Electrical Systems" [13] ), presentado por la antigua Siemens Semiconductors (ahora Infineon ) en la 17ª edición de " Elektronik im Conferencia Kraftfahrzeug " (Electrónica para el automóvil) el 3 y 4 de junio de 1997 en Munich.
Otros argumentos a favor de un voltaje más alto incluyeron la reducción del peso en el sistema de cableado, la mejora de la estabilidad y la reducción de la caída de voltaje . Con una tensión tres veces mayor, los conductores gruesos se pueden reducir a un tercio de la sección transversal y, al mismo tiempo, la caída de tensión relativa también se puede reducir a un tercio. Para la misma sección transversal, la caída de tensión relativa ahora no es más de una novena parte. El nivel de voltaje resultante de estos argumentos era tan cercano a tres veces el voltaje actual que 42 V se convirtió en la elección automática para el segundo nivel de voltaje.