12 V snart vid vägs ände

Om framtidens bil ska kunna driva alla finesser måste den bli något av ett rullande kraftverk.

En ny bil utvecklar mellan 500 och 800 W elektrisk effekt kontinuerligt, i vissa fall upp till 1 500 W. Det motsvarar strömmar upp till 110 A. Effekttoppar på upp till 2 500 W kan ge strömmar på 180 A.

Dagens batterier och generatorer har en gräns någonstans mellan 50 och 150 A. Och eftersom biltillverkarna ständigt erbjuder nya strömkrävande tillbehör så kommer gränsen inom kort att vara nådd. Enligt en analys kommer den utvecklade elektriska effekten i en bil år 2005 att periodvis ligga mellan 3 000 och 7 000 W, med en genomsnittseffekt på 1 700 W.

I teorin kan strömstyrkan sänkas i takt med att spänningen ökar, så en så hög spänning som möjligt vore önskvärt. Säkerhetsbestämmelser sätter dock stopp för högre spänningar än 60 V, då kraven blir högre på isolering och kontaktdon.

Samtidigt går ju trenden i halvledarvärlden i motsatt riktning, mot lägre spänningar. Större delen av dagens elektronik drivs med 5 eller 3 V. Dessutom finns en hel del funktioner som inte tjänar på ökad spänning - i synnerhet lampor.

42 V i generatorn, 36 i batteriet

Ett antal olika spänningar ser därför ut att bli lösningen. Dagens system med 14 V-generatorer och batterier med 12 V utspänning kommer av allt att döma att kompletteras med 42 V-generatorer och 36 V-batterier.

Eventuellt ersätts 14 V-generatorn av en DC-DC-omvandlare som tar hand om laddningen av 12 V-batteriet. Andra DC-DC-omvandlare sörjer då för 5 och 3 V- matningen.

En av de stora poängerna ligger i att så mycket kan göras mindre och lättare. Kablar, kontaktdon, servomotorer och solenoider kan minska i vikt med kanske något hundratal kilo. Tredubblad spänning betyder i teorin att man kan ha tredjedelen så tjocka kablar. I praktiken blir det snarare en reduktion på 25 procent i vikt och volym.

Med högre spänning kan också dagens elektromekaniska reläer i högre utsträckning ersättas av billigare och mer tillförlitliga halvledarswitchar, somliga med inbyggd processorkraft.

Överlag kan dubbla elsystem resultera i billigare halvledare. Om strömmen minskar med en tredjedel kan man teoretiskt komma undan med tredjedelen så kostsamma krafthalvledare. Med DC-DC-omvandlare eller ett bättre strukturerat elnät kan man också minska risken för transienter och spänningsfall, vilket ger ytterligare möjlighet att använda billigare halvledare.

Gasurladdningslampor

Lamporna är ett bekymmer i sammanhanget. Glödtrådslampor kan inte dra fördel av lägre strömstyrka, eftersom glödtråden då måste göras tunnare, vilket blir dyrare och gör lampan känsligare för stötar.

En lösning kan vara att ersätta glödtrådslamporna med gasurladdningslampor och neonljus. En annan kan vara att ha ett fåtal centrala ljuskällor som sprids till de ställen där ljuset behövs med hjälp av fiberoptik. Så görs redan i en del instrumentpaneler. Troligen behålls dock 12 V-nätet för just lamporna under överskådlig tid.

Batterifrågan blir troligen inget större problem. Med två spänningar kan batteritillverkarna optimera 12 V-batteriet för lagring och 36 V-batteriet för motorstart.

AE