Tendințe în domeniul electrificării auto
Evoluția industriei auto prin electrificare – înlocuirea sistemelor tradiționale acționate mecanic cu componente și sisteme electrice – schimbă profund designul vehiculelor actuale, care variază de la motoare cu combustie internă la autovehicule hibride ușoare și la arhitecturi complet electrice.
Pe măsură ce sistemele au evoluat de la carburatoare și sisteme de evacuare simple la injectoare de combustibil de precizie, sisteme de emisii de gaze și sisteme de control al tracțiunii și al frânării, au fost realizate progrese similare în electrificare. Acestea includ noi arhitecturi, componente pentru motoare electrice, pachete de baterii și sisteme electronice avansate de putere. Combinate, aceste progrese îi împing pe ingineri să reimagineze modul în care vehiculele sunt proiectate și conduse pentru eficiență, fiabilitate și siguranță maxime.
Experți de la două companii de electronice de top din industrie – Matt McWhinney și Kirk Ulery, directori de dezvoltare a afacerilor la Molex și Shawn Luke, director de marketing tehnic la DigiKey – au făcut lumină asupra stării actuale a tendinței de electrificare și asupra considerentelor cheie pentru viitorul industriei auto.
Peisajul actual al pieței auto
Deși cererea, atent examinată, de vehicule EV și hibride continuă să crească, vânzările de vehicule EV noi au încetinit în ultimele câteva luni din cauza mai multor factori, inclusiv a pieței și a politicilor publice. Experții din industrie citează costul și infrastructura limitată de încărcare drept principalele două motive.
“Am avut momente de avânt, dar și de cumpănă în ceea ce privește electrificarea,” spune Ulery. “Dacă aveți de parcurs mai mult de 160 km, la un moment dat veți înțelege că infrastructura de încărcare trebuie să fie abordată.”
Vehiculele hibride, pe de altă parte, depășesc vânzările în domeniul vehiculelor electrice. Conform celor de la Edmunds, achizițiile de vehicule hibride au înregistrat cea mai mare creștere în 2023, de la peste 750 000 de vânzări în 2022 la peste 1 milion de vânzări în 2023.
O altă categorie emergentă este cea a vehiculelor hibride “mild”, care utilizează un motor electric alimentat de la baterii pentru susținerea motorului termic alimentat cu benzină sau motorină. Majoritatea hibridelor mild funcționează cu un sistem electric de 48 V, o tensiune mai mare decât cea a sistemelor electrice ale unui vehicul tradițional cu motor cu combustie. Sistemul de 48 V alimentează componentele care nu sunt legate de motor, permițând o mai bună eficiență operațională.
Chiar și cu ritmul rapid al inovațiilor în materie de design auto, vehiculele pe benzină își păstrează, deocamdată, supremația pe șosele. Conform studiului realizat de Edmunds, 82% dintre vehiculele noi vândute în prezent sunt echipate cu motoare pe benzină. Cu toate acestea, tendința de electrificare este în plină desfășurare, de la vehiculele tradiționale la cele mai avansate modele electrice de înaltă tehnologie.
Electrificarea în interiorul vehiculului
Ulery remarcă, “O constantă pe care o vedem este creșterea electrificării – sistemele mecanice devin electrificate în toate vehiculele din multe motive – în special pentru a crește eficiența.”
Un exemplu este tehnologia stop-start, care oprește motorul atunci când un vehicul se oprește și repornește automat atunci când șoferul eliberează frâna sau apasă pedala de accelerație. Deși această caracteristică poate solicita suplimentar unele componente, ea urmărește să îmbunătățească eficiența consumului de combustibil și să reducă emisiile de gaze cu efect de seră.
Alte exemple de electrificare sub capotă sunt ventilatoarele radiatorului, servodirecția, sistemele HVAC și pompele de răcire. Toate aceste sisteme obișnuiau să fie antrenate de curelele de la un motor cu combustie internă (ICE – Internal Combustion Engine). Pompele de apă electrice înlocuiesc pompele mecanice ale radiatorului pentru o performanță mai eficientă, iar controlul precis cu răcire electrică poate prelungi durata de viață a acestor piese. În cazul unui management extins al bateriei, acestea fac, de asemenea, să circule lichidul de răcire prin vehicul pentru a regla temperatura acumulatorului, a motoarelor electrice și a componentelor electronice de putere.
Trecerea la module acționate electric, cum ar fi pompele servodirecției, face ca sistemul să nu mai depindă de motor, reducând sarcinile parazite, oferind mai multă putere. Prin urmare, producătorii de automobile pot instala motoare mai mici pe unele vehicule și pot păstra aceleași performanțe de conducere, obținând, în același timp, beneficii de eficiență și emisii mai reduse.
“Electrificarea a deschis ușa unor noi concepte de vehicule inovatoare,” notează Luke. “Fără a mai fi nevoie să adapteze ‘arhitectura acționată de curea’ cu motorul tradițional cu combustie internă, producătorii auto au mai multă flexibilitate în ceea ce privește locul de distribuire a bateriilor și a porturilor de încărcare, abilitatea de a mări spațiul pentru pasageri sau marfă și multe altele.”
În general, tendința de electrificare înlocuiește sistemele mecanice tradiționale cu sisteme de precizie controlate electric, care pot fi mai eficiente. Combinate cu progresele înregistrate în privința controlului software, vehiculele moderne sunt mai curate, mai eficiente din punct de vedere energetic și oferă performanță și sustenabilitate atât pentru șoferii de vehicule comerciale, cât și pentru pasageri.
Progresul bateriilor vehiculelor
În ultimul deceniu, producătorii de vehicule au trecut de la baterii de 12 V la tensiuni mai mari, cum ar fi 24 V (în special pentru vehiculele comerciale) și acum la baterii de 48 V pentru creșterea capacităților energetice, reducerea greutății vehiculelor, îmbunătățirea accelerației și realizarea de economii de combustibil.
Legislația din Europa a pus bazele reducerii emisiilor în vehiculele nou construite. La baza acestei tendințe se află o combinație de forțe de reglementare și de piață, care determină trecerea din ce în ce mai accentuată la arhitecturi hibride “mild”, care presupun generatoare de pornire integrate. Tehnologia 48V nu este în creștere doar în cazul hibridelor “mild”, ci pare, de asemenea, că va fi utilizată în mai multe platforme ICE.
Trecerea la arhitectura de 48V nu se limitează doar la creșterea tensiunii sistemului. Aceasta necesită, de asemenea, o schimbare a temeliei sistemului electric. Vehiculele bogate în caracteristici și cu performanțe superioare se bazează pe componente mai ușoare și mai mici care oferă aceeași eficiență electrică ca un model cu densitate de putere mai mare.
Ulery subliniază, “Elementul comun este că ambele sisteme de 12V și 48V înlocuiesc funcțiile mecanice tradiționale ale unei curele de transmisie (numită și curea serpentină) cu o serie de motoare electrice.” El oferă exemplul unei camionete de mare tonaj care utilizează energie mecanică pentru servodirecție. În multe vehicule, această funcție devine electrificată. “Cantitatea de energie necesară pentru servodirecție scade din caii putere ai motorului, astfel că, prin mutarea acesteia într-un sistem electric separat, șoferii pot obține mai multă putere în sistemul de propulsie.”
Trecerea industriei auto la sisteme cu tensiune mai mare se face treptat, având în vedere impactul semnificativ asupra procesului de proiectare și fabricație. Procesul de tranziție al fiecărui producător are un calendar diferit, bazat pe produsele sale, pe maturitatea tehnică și pe cerințele clienților pe care îi servesc. În plus, toți sunt obligați să respecte standardele și practicile de proiectare legate de tehnologiile pe care le vor utiliza, inclusiv:
- ISO 21780 acoperă cerințele și testele pentru componentele electrice și electronice din vehiculele rutiere echipate cu un sistem electric care operează la o tensiune nominală de 48V.
- Recomandarea VDA 320 este publicată și menținută de ZVEI-Asociația producătorilor germani de echipamente electrice și electronice. Aceasta acoperă o gamă largă de specificații și cerințe de testare pentru componentele electrice și electronice din autovehicule pentru a dezvolta alimentarea la 48V.
Respectarea standardului pentru a realiza un management inteligent al bateriei este parte integrantă a succesului arhitecturii de 48V. Cu un proces de proiectare corect, producătorii de automobile pot evita stocarea ineficientă a energiei, creșterea costurilor și potențialele riscuri privind siguranța șoferilor.
Bazele interconectării ca prioritate pentru siguranță
Având în vedere că vehiculele necesită o putere din ce în ce mai mare pentru a susține caracteristici electrice tot mai sofisticate, o proiectare fiabilă a conectorilor pentru sistemele de 48V se bazează pe o serie de factori esențiali pentru a îndeplini standardele de performanță și siguranță ale vehiculelor.
McWhinney spune “Componentele electronice și infrastructura (conexiunile care susțin vehiculul) sunt esențiale pentru siguranță.”
Deoarece sistemele de 48V operează la o tensiune mai mare (decât 12V), conectorii și sistemele electrice trebuie să fie construite din materiale robuste și cu o izolație corespunzătoare pentru performanțe sigure și fiabile. Acest lucru devine și mai important dacă tensiunea este mai mare de 48V.
Defecțiunile conectorilor pot cauza o funcționare defectuoasă a sistemului vehiculului sau pericole pentru siguranță. Pentru a preveni întreruperile, conectorii ar trebui să includă mecanisme de blocare și de protecție împotriva deformării, precum și inspecții regulate și verificări de întreținere.
“Siguranța și controlul monitorizării sistemului electric sunt mai importante ca oricând,” spune McWhinney.
Menținerea calității semnalului este esențială pentru aplicațiile de înaltă tensiune. Integritatea slabă a semnalului poate declanșa disfuncționalități, astfel încât conectorii trebuie să minimizeze pierderea semnalului și interferențele cu ajutorul cablurilor ecranate, precum și împământarea corespunzătoare și amplasarea strategică. Abordarea acestor considerente necesită inovație și expertiză, domeniu în care intră în joc soluțiile avansate de conectare.
“Deși este adesea considerată o cerință de bază, importanța interconectării în proiectarea autovehiculelor este subestimată, mai ales în ceea ce privește siguranța,” adaugă Luke.
Ținând pasul cu schimbările și certificarea pieselor
Respectarea cerințelor de siguranță este o prioritate absolută, iar McWhinney observă că o provocare suplimentară este schimbarea constantă a cerințelor sistemului electric al vehiculului, care îi împinge pe producători să țină pasul și să revizuiască constant conectorii și alte componente.
Conector Molex pe un Cybertruck
Producătorii pot consulta oricând standardele LV214 pentru a urmări cerințele de performanță și pentru a revizui și certifica cu atenție componentele aprobate pentru utilizarea în siguranță în industria auto.
Componentele care sunt conforme cu LV214 sau cu calificări similare sunt, de obicei, piese de înaltă calitate, robuste și fiabile, care pot suporta solicitările de pe șosea fără a sacrifica performanța. De exemplu, seria de conectori MX150 de la Molex oferă componente proiectate pentru vehicule care se confruntă cu medii dificile și sunt rezistente la temperaturi extreme, vibrații și umiditate.
Luke subliniază, “Odată cu creșterea oportunităților de inovare în proiectarea vehiculelor, tot mai mulți producători de vehicule adoptă practici de electrificare. Datorită ciclului de inovare foarte rapid, există puține platforme standard în domeniu. Totuși, această diversitate din ce în ce mai mare oferă consumatorilor mai multe opțiuni și ne așteptăm ca prețul vehiculelor să scadă pe măsură ce tehnologia avansează și producția crește.”
Luând în considerare vehiculele comerciale
Deși s-a discutat mult despre autoturisme, toate aspectele abordate în acest articol sunt o realitate în domeniul vehiculelor comerciale (CV) de mult timp. Vehiculele comerciale au trecut rapid de la sisteme de 12 la 24-volți pentru a alimenta sistemele diesel și câteva sisteme electrice, ceea ce le-a permis, pe vremuri, să dispună de demaroare mai mici. Există o lungă istorie a utilizării echipamentelor HVAC (sisteme de încălzire, ventilație și aer condiționat) în vehiculele comerciale, în special în autobuze, vehicule pentru construcții, agricultură și camioane de mare tonaj, printre altele.
De obicei, vehiculele comerciale sunt proiectate pentru a-i ajuta pe proprietari/operatori să câștige bani și, prin urmare, acestea trebuie să fie fiabile. Presiunea pentru ca un vehicul comercial să funcționeze fiabil este în general, mai mare decât în cazul automobilelor, motiv pentru care este nevoie de un plus de etanșare și robustețe.
Inginerii din prezent, fie că proiectează vehicule comerciale sau de pasageri, trebuie să țină cont de numeroase sisteme și funcții complexe, care consumă multă energie. Acestea trebuie să răspundă atât cerințelor utilizatorilor, cât și ale industriei, fiind în același timp eficiente, durabile și sigure. Din fericire, furnizorii de tehnologie sunt pregătiți pentru provocarea de a crea tehnologia care să rezolve aceste probleme ce țin de inovare.
În timp ce inginerii din industria auto transformă viitorul mijloacelor de transport, furnizori precum Molex și distribuitori precum DigiKey sunt alături de ei, oferind componente, servicii și expertiză de înaltă calitate pentru a permite ca această transformare să aibă loc.
Autori: Matt McWhinney, Group Business Development Manager și
Kirk Ulery, Distribution Business Development Manager la Molex;
Shawn Luke, Technical Marketing Engineer la DigiKey
Despre autori:
Matt McWhinney și Kirk Ulery sunt manageri de dezvoltare a afacerilor la Molex. În calitate de furnizor global de top în domeniul soluțiilor de conectare, Molex aduce excelență în inginerie, relații de încredere și un angajament de neegalat față de calitate și fiabilitate pentru a-i sprijini pe clienții din toate industriile să contribuie la îmbunătățirea vieții. De încredere de peste 80 de ani, Molex oferă proiectare și producție de nivel mondial, pe lângă un portofoliu de peste 100.000 de produse inovatoare.
Shawn Luke inginer de marketing tehnic la DigiKey.
DigiKey, lider de top și inovator continuu în distribuția de componente electronice și a produselor de automatizare de înaltă calitate la nivel mondial, oferă peste 15.9 milioane de componente de la peste 3.000 de producători de marcă de calitate.
DigiKey | https://www.digikey.ro
