48 voltů: K čemu slouží tahle palubní síť? A nahradí stávajících 12 voltů?

O zavedení palubní elektrické sítě se 48voltovým napětím se mluví již řadu let. Vůbec poprvé se tato myšlenka objevila na začátku první dekády třetího tisíciletí. Dlouho však zůstalo jen u plánů či snění bez konkrétní realizace. K ní fakticky došlo až ve druhém desetiletí 21. století. Více než století si tak automobily vystačily zpočátku s 6voltovou sítí (třeba východoněmecký Trabant ji používal až do roku 1984), později s 12volty, které se používají dosud.

Audi v roli předjezdce

Proč se nyní tolik diskutuje o přechodu na 48voltovou palubní sít? Hlavním důvodem jsou stále rostoucí požadavky na snížení spotřeby paliva a tedy i emisí. Jenže s tím si příliš nerozumí neustále rozšiřování výbavy vozidel. Jde zejména o konektivitu a dále zvyšující se zájem o autonomní systém řízení. Alespoň takto to vidí Marie Gustanski, viceprezidentka společnosti Delphi Automotive, jak před časem prozradila odbornému serveru Automotive News.

Jako první zavedlo 48voltovou palubní síť do sériové výroby Audi. Už loni na jaře představilo model SQ7, který tuto technologii používá. Hlavní důvod, proč se Audi u SQ7 rozhodlo pro tuto technologii, lze spatřovat v použití elektricky poháněného kompresoru EAW, který doplňuje dvojici postupně zapojovaných turbodmychadel. S výkonem 7 kW a maximálními otáčkami 70 000/min^-1 se použití 48voltové sítě ukázalo jako velmi prozaické. Kromě kompresoru EAW napájí 48voltů rovněž akční členy obou aktivních stabilizátorů. Ty dosahují každý výkonu 1,5 kW.

Palubní napětí 48 voltů: Kdy se opravdu rozšíří? A co přinese?

SQ7 ale pracuje s konvenčním 12voltovým alternátorem, který primárně napájí jak spouštěč motoru, tak klasickou 12voltovou baterii. A dále samozřejmě elektrické spotřebiče vozidla. K tomu ale navíc teče proud o 12voltovém napětí do měniče napětí, v němž se transformuje na 48 voltů. Opět se přímo napájejí spotřebiče, v tomto případě ale pouze zmíněný elektrický kompresor EAW a dále ovládání aktivních stabilizátorů. Současně se proud o napětí 48 voltů dodává do jednotky akumulátoru typu lithium-ion.

Se zvýšením napětí se pojí současné snížení velikosti proudu (Ohmův zákon). Menší proud znamená také použití tenčích elektrických vodičů, což má vliv na snížení hmotnosti vozidla o šetření prostorem v karoserii nemluvě. Pokud by se pro napájení EAW použila 12voltová sít, znamenalo by to příliš velké proudy a ty by si vyžádaly patřičně tlusté elektrické vodiče.

48 voltů a mild hybrid

Jak se ukazuje, v budoucnu se předpokládá spojení 48voltového napětí s technologií mild hybrid. Její princip spočívá ve využití takzvaného reverzibilního alternátoru. Ten má jednak funkci generátoru a současně je také spouštěčem motoru. Klasický startér s pastorkem se sice i u těchto aut používá, avšak pouze pro primární natočení studeného motoru. Navíc pracuje s napětím 12 voltů. V rámci stop/start se již motor spouští alternátorem. Lze jej tudíž startovat i v případě, že vozidlo není úplně v klidu.

Ve spojení s technologií mild hybrid tak generátor již přímo generuje napětí 48 voltů, kterými napájí jednak měnič na 12 voltů a jednak přímo vysokonapěťový akumulátor. Existuje také koncepce od firmy Delphi, kde generátor 48 voltového napětí dodává nízký proud přímo do elektrického kompresoru a současně přes měnič střídavého proudu na stejnosměrný také do akumulátoru lithium-ion. Z něj proud teče do měniče nyní již stejnosměrného napětí, kde dochází k jeho snížení ze 48 voltů na 12 voltů. Odsud je napájena konvenční 12voltová baterka a dále řídicí jednotky různých systémů vozidla. I v případě přechodu na 48 voltů tedy v autech zůstane coby paralelní sít také klasická 12voltová, neboť systémům komfortní elektroniky (audio, elektrická okna, sedačky aj.) stále plně vyhovuje.

48 voltů se bude v budoucnu používat kromě pohonu elektrického kompresoru také na roztáčení kompresoru klimatizace, případně vodního a olejového čerpadla. V praxi by tak u těchto motorů odpadl složitý pohon příslušenství, který by se omezil pouze na generátor proudu/startér motoru.

S postupující autonomitou vozidel se počítá s uplatněním 48voltové palubní sítě rovněž pro napájení systémů nezbytných pro autonomní režim řízení. Sem patří kamera, radar případně lidar. Alespoň tak to vidí Marie Gustanski z Delhi Automotive.

Jenže moderní automobil není jen o vysokonapěťové palubní síti. Důležitá je i rychlá elektronika a datové sběrnice. Už dnes používá BMW a Audi datovou sběrnici Flexray, která je řádově rychlejší než známý CAN bus.

Marie Gustanski v komentáři pro Automotive News je ale konkrétnější. „U dnešních aut je rychlost přenosu dat přibližně 65 megabitů za sekundu. V budoucnu to má být ale až 1,5 gigabitů.“ To je o tři řády více!

Audi přejde na elektroinstalaci s napětím 48 V

Na tahu je Mercedes-Benz

S palubním napětím 48 voltů počítá také Mercedes-Benz. A to konkrétně ve třídě S. Systém bude pracovat s akumulátory typu lithium-ion, přičemž na 48voltové napětí má být napojen kromě elektrického kompresoru, jenž bude stejně jako u osmiválce SQ7 pomáhat turbodmychadlu také kompresor klimatizace. Dále to bude vodní čerpadlo pro chlazení motoru a chybět nemá ani generátor proudu a zároveň spouštěč motoru. Nepůjde ovšem o mild hybrid, neboť generátor/startér spalovacího motoru se bude nacházet mezi motorem a převodovkou. Tím zcela odpadne pohon příslušenství plochým řemenem od klikového hřídele. Systém start/stop tak bude pracovat mnohem hladčeji a to z důvodu propojení třecí spojkou mezi startérem/generátorem a spalovacím motorem. Tato spojka současně dokáže odpojit spalovací motor od generátoru/startéru třeba při jízdě z kopce. Ten se navíc vypne.

Mercedes počítá se dvěma verzemi třídy S s vysokonapěťovou technologií. Konkrétně to má být S 450 a S 500. Hlavním rozdílem bude nahrazení dosavadního vidlicového osmiválce řadovým šestiválcem. Potřebný výkon a točivý moment dodá menšímu motoru právě pokročilé přeplňování. Tedy kombinace elektrického kompresoru a běžného turbodmychadla poháněného výfukovými plyny.

Již nyní je jasné, že příchod 48voltové palubní sítě nevymaže z aut klasickou 12voltovou baterku. A také je jasné, že pokud se vám 12voltová baterka vybije, motor nenatočíte, i kdyby byl stav nabytí 48voltové baterii lithium-ion na vyhovující hodnotě. 12 voltů totiž bude stále napájet řídicí jednotky vozidla. Ostatně stejné je to i u hybridů. Proto například Hondu Insight můžete v nouzi startovat takzvaně „přes kabely“.