En los automóviles , el sistema eléctrico de 42 voltios fue un estándar de potencia eléctrica propuesto a fines de la década de 1990. Su objetivo era facilitar accesorios eléctricos cada vez más potentes en los automóviles y mazos de cables más livianos . Se propuso el uso de motores eléctricos para la dirección asistida u otros sistemas, lo que proporcionaba instalaciones más compactas y eliminaba el peso de las correas de transmisión o los cables grandes para cargas de alta corriente .
El nuevo estándar propuesto era exactamente el triple del voltaje de los sistemas de "12 voltios" existentes. El voltaje más alto se seleccionó para proporcionar una mayor capacidad de potencia 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 estaban prediciendo un cambio a sistemas eléctricos de 36 voltios ( batería de iones de litio ) / 42 voltios (voltaje de carga), el cambio a "42 V" no ocurrió a principios del siglo XXI, y los planes fueron abandonados 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 generadores/arrancadores de alto voltaje eliminaron en gran medida el impulso intersectorial de la década de 2000 para aumentar los voltajes automotrices principales. [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 fines de la década de 2000, los componentes eléctricos de 42 voltios se usaban solo 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 automóviles ya en 1988. [3]
En 1994, por iniciativa de Daimler-Benz , se celebró el primer "Workshop on Advanced Architectures for Automotive Electrical Distribution Systems" 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. En este taller participaron desde el principio tanto proveedores como las empresas automovilísticas Daimler-Benz , Ford y General Motors .
En septiembre de 1995 se compararon varias arquitecturas de sistemas eléctricos en el MIT 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 de sistemas eléctricos y electrónicos avanzados para automoción". En el taller que tuvo lugar a continuación 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 circa 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 automotriz".
El 24 de marzo de 1997, Daimler-Benz presentó al MIT un "Borrador de especificación de un sistema de alimentación eléctrica para vehículos de doble voltaje 42 V/14 V".
En paralelo a las actividades en los EE.UU., la antigua SICAN GmbH celebró en 1994, por iniciativa de Daimler-Benz , el primer " Foro Bordnetz " (Foro de sistemas eléctricos de vehículos) para empresas automovilísticas alemanas. En este evento también se invitó a participar desde el principio a los proveedores y a todos los fabricantes de vehículos europeos.
El 15 de febrero de 1996 se aprobó el documento introductorio " Bordnetzarchitektur im Jahr 2005 " (Arquitectura del sistema eléctrico del automóvil 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 7ª Reunión Técnica Internacional sobre Electrónica de Vehículos en Baden-Baden , despertó gran interés el artículo " Neue Bordnetz- Architektur und Konsequenzen " (Nueva arquitectura del sistema eléctrico del automóvil y sus consecuencias), 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 de 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 2005" europea y el "Borrador de especificación de un sistema de alimentación eléctrica de vehículos de doble voltaje 42 V/14 V", redactado conjuntamente.
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 de a bordo de 48 V además de la red actual de 12 V e introdujeron el "enchufe Combo", un enchufe de alimentación común para cargar vehículos eléctricos con CC. [8] A partir de 2018, este sistema eléctrico de 48 voltios se había aplicado en vehículos de producción como los SUV de Porsche y Bentley , mientras que Volvo y Audi planearon 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 en utilizar 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 durante la descarga, y sus alternadores automotrices correspondientes 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 sistema eléctrico automotriz actual nominalmente de 12 V generalmente opera 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 14 voltios. Dependiendo de las condiciones de operación, el voltaje del sistema eléctrico del vehículo hoy puede variar entre 6,5 y 16 V, con un grado variable de ondulación superpuesto a este valor.
Tras un exhaustivo trabajo preparatorio que dio como resultado la "Lista de cargas en el automóvil del año 2005", en el taller de septiembre de 1995 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT/LEES) se compararon varias arquitecturas de sistemas eléctricos de automóviles utilizando la herramienta "MAESTrO" ( 12 V, 12 V/24 V CC, 12 V/48 V CC y 12 V/60 V CA ). El estudio concluyó que la tensión continua más alta posible era la mejor alternativa.
El factor limitante para las tensiones continuas es un límite de protección contra descargas eléctricas de 60 V, que no debe superarse ni siquiera en caso de fluctuaciones de tensión provocadas por condiciones extremas. Este límite excluye la posibilidad de un sistema eléctrico de automóvil con una tensión nominal de batería de 48 V, ya que a bajas temperaturas la tensión de carga de la batería puede alcanzar los 60 V. Además, el precio, el peso y el volumen de las baterías se ven influidos por el número de celdas, que por tanto debe mantenerse al mínimo.
Las nuevas tecnologías de baterías para aplicaciones automotrices no habrían estado disponibles a costos asequibles para la PowerNet de 42 V/14 V. Las baterías de plomo-ácido son económicas y tienen una característica de carga/descarga muy "flexible". Por lo tanto, se habrían utilizado baterías de plomo-ácido optimizadas para la energía y la vida útil a la tensión más baja y optimizadas para la potencia a la tensión más alta.
Otro criterio importante para una nueva arquitectura era que debía 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 adquiere cada vez mayor importancia en el sector de la automoción y será un factor decisivo en el precio de los vehículos del futuro. Por ello, este criterio ha sido especialmente importante a la hora de seleccionar el nivel de tensión más elevado más adecuado. A pesar de la considerable tendencia al alza de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción, su cuota de mercado disminuirá, ya que las tasas de crecimiento en otros segmentos del mercado son aún mayores. Por este motivo, ya no es concebible una tecnología de fabricación específica para el uso en automoción. [ cita requerida ]
Tras intensos debates con los principales fabricantes de semiconductores, se concluyó que una tensión de aproximadamente 40 V era ventajosa. Muchos argumentos se resumen en el artículo " Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze " [12] ("Semiconductores de potencia inteligentes para los futuros sistemas eléctricos de automoción" [13] ), presentado por la antigua Siemens Semiconductors (actualmente Infineon ) en la 17.ª conferencia " Elektronik im Kraftfahrzeug " (Electrónica para el automóvil) celebrada el 3 y 4 de junio de 1997 en Múnich.
Otros argumentos a favor de un voltaje más alto incluían la reducción de peso en el sistema de cableado, una estabilidad mejorada y una caída de tensión reducida . Con tres veces el voltaje, 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 opción automática para el segundo nivel de voltaje.