211service.com
Naujas 42 voltų standartas
Prieš devynerius metus Vokietijos „Daimler-Benz“ inžinieriai šaukėsi pagalbos. Jie suprato, kad prabangūs jų projektuojamų automobilių papuošimai ilgainiui sunaudos daugiau galios, nei galėtų atlaikyti esamos 14 voltų elektros sistemos. Taigi jie susibūrė mokslininkus iš MIT, kad aptartų problemą ir patartų, kaip pasirinkti galingesnę sistemą, o dar svarbiau – įtikinti kitus automobilių gamintojus ją priimti.
Pokalbiai pasiteisino. 1995 m. pramonė, padedama MIT elektromagnetinių ir elektroninių sistemų laboratorijos, susitarė dėl naujo 42 voltų standarto. Pramonės lyderiai taip pat suprato, kad prasminga sukurti oficialų konsorciumą, kurio būstinė būtų MIT, kad padėtų įgyvendinti standartą. Šiandien maždaug 52 įmonės – automobilių gamintojai ir pagrindiniai tiekėjai – kiekvienais metais į laboratoriją įneša po 50 000 USD, remdami MIT/pramonės pažangių automobilių elektrinių/elektroninių komponentų ir sistemų konsorciumą, įsikūrusį elektromagnetinių ir elektroninių sistemų laboratorijoje.
Mes esame pagrindinė vieta, kur tarptautinė automobilių bendruomenė gali susitikti neutraliame forume, kad išspręstų visiems rūpimus klausimus ir jas išspręstų, sako laboratorijos direktorius Johnas Kassakianas ‘65, SM ‘67, EE ‘67, ScD ‘73.
Žinoma, tarptautinis susidomėjimas nėra susijęs tik su prabangių papuošalų kūrimu. Didesnė įtampa taip pat padidins degalų naudojimo efektyvumą.
Mažiau nei 30 procentų benzine esančios energijos iš tikrųjų verčia automobilius judėti; likusi dalis yra tuščiosios eigos metu sudeginta atliekinė šiluma ir iššvaistoma neefektyvių komponentų. Galingesnė elektros sistema leistų efektyviais elektroniniais komponentais pakeisti šiandien randamas palyginti neefektyvias sistemas, kurias varo su varikliu sujungti diržai. Ir jei automobiliuose būtų pakankamai galingi paleidimo varikliai, kad būtų galima akimirksniu paleisti paspaudus dujų pedalą, jie galėtų išsijungti prie daugumos šviesoforų, taip išvengiant tuščiosios eigos tuščiosios eigos. Atskirai kai kuriuos iš šių elektroninių komponentų gali palaikyti esamos 14 voltų sistemos. Tačiau kartu jiems reikės 42 voltų.
Šioms galingesnėms sistemoms prireiks dešimtmečio, kad jos pasiektų bet kokį salonų skaičių. Tačiau didžiosios automobilių kompanijos imasi ankstyvų žingsnių. „Toyota Motor“ jau pradėjo pardavinėti (tik Japonijoje) prabangų 42 voltų sedaną. „General Motors“ planuoja pristatyti savo pirmosios kartos 42 voltų sistemą hibridiniame dujiniame ir elektriniame pikape 2004 m.
Automobilių gamintojams būdingas bendras susirūpinimas dėl šių 42 voltų sistemų – ir čia atsiranda MIT. Automobilių gamintojai turi užkirsti kelią žalingiems trumpiesiems jungimams, rasti būdų, kaip sujungti senas ir naujas sistemas ir galbūt net sukurti visiškai naujus energijos šaltinius, ne tik įprastą generatorių – ir - baterijų derinys. Šiais tikslais automobilių konkurentai nuo Tokijo iki Štutgarto iki Dearborno kreipiasi į tyrėjus 10 pastato rūsyje esančių laboratorijų netvarkoje.
Nuo kasdienybės iki vizionieriaus
Netoli blankiame koridoriuje nuo MIT sargybinių įtaisytų laikrodžių laboratorijų mokslininkai atlieka tokius veiksmus kaip gyvsidabrio sabalo skeleto elektros sistemos skrodimas. Vykdome įvairias programas – nuo kasdienių ir praktiškų iki vizionieriškų, sako Thomas Keimas, SM ‘70, ScD ‘73, konsorciumo direktorius. Keimas taip pat yra pagrindinis tyrimų inžinierius elektromagnetinių ir elektroninių sistemų laboratorijoje, kurią sudaro devyni elektrotechnikos ir informatikos fakultetai, šeši mokslininkai ir apie 50 bakalauro ir magistrantūros studentų.
Pirma, Keimas sako, kad automobilių elektros sistemos turi būti saugios ir patikimos. Paimkite elektros lanko tendenciją daryti žaibiškus šuolius oru. Vienas lankas iš, tarkime, nutrūkusios vielos, gali sugadinti anksčiau gerą dalį arba net sukelti gaisrą.
O lankas 42 voltų sistemoje yra daug rimtesnis dalykas nei 14 voltų sistemoje. Kiek rimtesnė situacija buvo patvirtinta praėjusiais metais, kai buvęs tyrimų asistentas Alanas Wu patvirtino, kad lanko energija yra 50–100 kartų didesnė 42 voltų sistemose. Šis atradimas padėjo automobilių dalių įmonėms visame pasaulyje pradėti kurti naujas dalis, kurios slopintų tokius lankus. Dabar laboratorija tiria geresnius būdus juos aptikti.
Tada kyla praktinių rūpesčių. Grupė rengia planą, kaip viename automobilyje gali būti tiek 42 voltų, tiek 14 voltų sistemos. Taip yra todėl, kad automobilių gamintojai nepakeis visos elektros sistemos iš karto; senoji sistema vis dar maitins priekinio stiklo valytuvus, radiją ir priekinius žibintus, o naujoji aukštesnės įtampos sistema įjungs elektrifikuotus stabdžius ar variklio vožtuvus. Siekdamas suderinamumo, Davidas Perreault, SM ‘91, PhD ‘97, išmontavo paruoštą kintamosios srovės generatorių ir sugalvojo, kaip jį panaudoti 42 voltų sistemai tiekti, įrengiant jį naujais perjungimo valdikliais.
Bet tai tik sustabdymo priemonė. Galų gale automobiliai turės žiūrėti už generatoriaus, kad padidėtų galia, nes jei automobilio variklis užges prie šviesoforo, generatorius yra nenaudingas. Dėl to komponentai, ypač riebūs oro kondicionieriai, be maitinimo šaltinio.
Vienas iš sprendimų – laive sukurti nedidelę elektrinę. Grupė laboratorijoje kuria įrenginį, kuris pasiskolintų gudrybes iš fotovoltinių elementų, kurie gamina elektros energiją iš saulės šviesos, kad generuotų elektros energiją po gaubtu. Siūlomame įrenginyje šviesa iš ryškiai žėrinčio keraminio spinduolio, kaitinamo benzino liepsna, veiktų kaip saulės šviesa, o puslaidininkis, pavyzdžiui, galio antimonidas, fotonų energiją paverstų elektra.
Tokio prietaiso efektyvumas būtų tik apie 15 procentų – tai gali atrodyti mažai, bet iš tikrųjų tai gerokai pagerina įprasto generatoriaus devynių procentų efektyvumą. Be to, perteklinė šiluma gali padėti šildyti vadinamąjį absorbcinį oro kondicionierių, kuriame vietoj kompresoriaus naudojamas šilumokaitis. Galų gale tai būtų vienintelis transporto priemonės elektros šaltinis, sako Keimas, kuris pripažįsta, kad projektas siekia vizionieriaus pabaigos. Nepaisant to, laboratorija derasi su neįvardytu pramonės partneriu, kad sukurtų prototipą.
Tai pareikalavo daug išankstinės analizės, nes tai labai revoliucinga, sako Kassakian. Daugelis žmonių mano, kad kuro elementai suteiks šią pagalbinę galią, tačiau šis borto generatorius yra daug artimesnis nei kuro elementai. Įrenginys gali būti sukurtas per penkerius metus, sako jis, o kuro elementai, kuriuose naudojamas benzinas, yra toliau.
Dirbant tiek kasdieniame, tiek vizionieriuje, konsorciumas yra vertingas pramonei, sako Johnas Milleris, elektros inžinierius ir hibridinių technologijų valdymo vadovas Ford Motor tyrimų laboratorijose Dearborne, MI. Konsorciumas yra labai vertingas, nes dabar mes pradedame įgyvendinti diegimo veržles ir varžtus, sako jis. Jie padeda išspręsti problemas, kurios vis dar kelia susirūpinimą plačiajai automobilių bendruomenei, pvz., saugiklius, reles ir 42 voltų jungiklius.
Iš tiesų, pasak Milleris, „Ford“ planuoja išleisti hibridinę sportinę transporto priemonę „2004 Escape“ su momentinio užvedimo varikliu. Nors šis pakeitimas bus atliktas naudojant 14 voltų sistemą, Milleris teigia, kad kylančios pastangos yra naudingos 10 pastato rūsyje.