42ボルト電気システム

自動車では、42 ボルトの電気システムが1990 年代後半に提案された電力規格でした。これは、自動車の電動アクセサリのパワーアップと配線ハーネスの軽量化を促進することを目的としていました。電動モーターはパワーステアリングやその他のシステムに使用することが提案され、よりコンパクトな設置が可能になり、高電流負荷用の駆動ベルトや太い配線の重量が軽減されました。

提案された新しい規格は、既存の「12ボルト」システムのちょうど3倍の電圧でした。高い電圧が選択された理由は、配線や機器により多くの電力を供給する一方で、感電の危険のガイドラインとして使用される50ボルトの制限を下回るためでした。欧州の自動車メーカーであるダイムラー・ベンツは、この変換に 42Vというブランド名を提案しました。

多くのメーカーが 36 ボルト (リチウムイオン バッテリー) / 42 ボルト (充電電圧) の電気システムへの切り替えを予測していたが、21 世紀初頭までに「42V」への切り替えは実現せず、計画は 2009 年までにほとんど放棄された。^[1]高効率モーター、新しい配線技術とデジタル制御の利用可能性、および高電圧スターター/ジェネレーターを使用するハイブリッド車両システムへの重点により、2000 年代に業界を横断して主要な自動車電圧を引き上げようとする動きはほぼなくなった。^[1]かつてはより高い電圧が必要と考えられていた電動パワーステアリングなどのアプリケーションは、その後 12 ボルト システムで実現された。^{[1] 2000 年代後半には、}白熱電球は12 ボルトで十分に機能し、42 ボルト回路の切り替えはより困難であるため、42 ボルトの電気部品は自動車アプリケーションではほとんど使用されなくなった。^{[1] [2]}

2010年代には48ボルトの電気システムが普及しました。

SAEは1988年に早くも自動車の標準電圧の引き上げについて議論した。^[3]

1994年、ダイムラー・ベンツの主導により、米国マサチューセッツ州ケンブリッジのマサチューセッツ工科大学電磁電子システム研究所（MIT/LEES）で、将来の自動車電気システムのアーキテクチャを定義することを目的とした最初の「自動車電気分配システムの高度なアーキテクチャに関するワークショップ」が開催されました。当初から、このワークショップには、ダイムラー・ベンツ、フォード、ゼネラルモーターズなどの自動車会社だけでなく、サプライヤーも参加していました。

1995 年 9 月、 MITでは「MAESTrO」ツールを使用してさまざまな電気システム アーキテクチャを比較し、1995 年 12 月、この研究の「結論」で、将来の電圧レベルが約40 Vと定義されました。

1996 年初頭に「先進自動車電気電子システムコンソーシアム」が設立されました。1996 年 3 月に開催されたワークショップで、将来の公称電圧が 42 V であることが確認されました。

1996年8月、IEEE Spectrum ^[4]は「2005年頃の自動車用電気システム」という論文を発表しました。

1996 年 10 月のデトロイトでのコンバージェンスにおいて、ジョン G. カサキアン教授 (MIT) は、「自動車用パワーエレクトロニクスに関する IEEE ワークショップ」の一環として、「自動車用電気システムの将来」と題する講演を行いました。

1997 年 3 月 24 日、ダイムラー・ベンツはMIT に「42V/14V デュアル電圧車両電力システムの仕様草案」を提出しました。

米国での活動と同時期に、1994 年に、再びダイムラー ベンツの主導により、旧 SICAN GmbH がドイツの自動車会社を対象にハノーバーで最初の「 Forum Bordnetz」(車両電気システム フォーラム)を開催しました。ここでも、サプライヤーは、すべてのヨーロッパの自動車メーカーとともに、非常に早い段階から参加するよう招待されました。

1996 年 2 月 15 日、紹介文書「Bordnetzaarchitektur im Jahr 2005」(2005 年の自動車電気システム アーキテクチャ) が合意され、1996 年 6 月 4 日、BMW は「Tabelle heutiger und zukünftiger Verbraucher im Kfz」(表) を発表しました。自動車の現在および将来の積載量）および「42V/14V-ボードネッツ」 (42V/14V パワーネット)。

1996 年 9 月 13 日、バーデンバーデンで開催された第 7 回国際自動車エレクトロニクス技術会議において、リチャード D. タボルス博士 (MIT) が発表した論文「Neue Bordnetz- Architektur und Konsequenzen (新しい自動車電気システムのアーキテクチャと結果)」が大きな注目を集めました。

1997 年 3 月 6 日、BMW はハノーバーで「Spezifikationsentwurf für das Zwei-Spannungsbordnetz 42V/14V」（デュアル電圧車両電源システム 42V/14V の仕様草案）を発表しました。

SICAN GmbH の作業は、BMWとDaimler-Benzの協力によって決定的な推進力を得ました。これは、欧州の「負荷リスト 2005」の共同定義と、共同執筆の「42V/14V デュアル電圧車両電力システムの仕様草案」に表れています。

ボルボはマイルドハイブリッドの一部に42Vを採用している。^{[5] [6]}

2010年代にハイブリッド車技術の採用が増えたことにより、マイルドハイブリッド車に48ボルトシステムが導入されるようになりました。このシステムは、一般的な内燃機関（ICE）の推進力に電気ブーストを加え、ブレーキ時の回生を促進して燃料を節約します。^[7]

2011年、ドイツの自動車メーカー数社は、現行の12Vネットワークに加えて48Vの車載電源ネットワークを採用することに合意し、電気自動車のDC充電用共通電源プラグ「コンボプラグ」を導入した。^[8] 2018年現在、この48ボルトの電気システムはポルシェやベントレーのSUVなどの量産車に採用されており、ボルボとアウディは2019年の車両で48ボルト規格を採用する予定である。^{[9] [更新が必要]}

テスラ社は2023年3月に48ボルトアーキテクチャのサイバートラックの生産を開始しました。 ^{[10]これは低電圧システム全体のシステム電圧として48ボルトを使用する最初の量産車です。同社は}次世代車両にも48Vの低電圧電気システムを採用することを示唆しています。 ^[11]

6セル鉛蓄電池は放電時に約12.6ボルトを生成し、対応する自動車用オルタネーターは充電時に13.5～14.5ボルトを生成するように設計されています。 ^[1] 42ボルトは、新しい規格の充電システムの出力の近似値です。^[2]現在の公称12ボルトの自動車用電気システムは通常約13.8ボルトで動作するため、 14ボルトは説明的なものです。42ボルトの電気システムに関する文献では、6セル鉛蓄電池で駆動するシステムを公称14ボルトと表現することがよくあります。 動作条件に応じて、今日の車両電気システムの電圧は6.5～16Vの間で変化し、この値にさまざまな程度のリップルが重畳されます。

徹底的な準備作業を経て「2005 年自動車の負荷リスト」が作成され、1995 年 9 月にマサチューセッツ工科大学 (MIT/LEES) で開催されたワークショップで、ツール「MAESTrO」( 12 V、 12 V/24 V DC、 12 V/48 V DC、12 V/60 V AC ) を使用してさまざまな自動車電気システム アーキテクチャが比較されました。この研究の結果、可能な限り高い直流電圧が最適な選択肢であることがわかりました。

直流電圧の制限要因は、 60 Vの感電危険保護限度であり、極端な状況による電圧変動時でもこの限度を超えてはいけません。この限度により、低温ではバッテリーの充電電圧が60 Vに達する可能性があるため、公称バッテリー電圧 48 Vの自動車電気システムのオプションが排除されます。また、バッテリーの価格、重量、体積はセルの数によって左右されるため、セルの数を最小限に抑える必要があります。

42 V/14 V PowerNetでは、自動車用途向けの新しいバッテリー技術を手頃な価格で入手することはできなかったでしょう。鉛蓄電池は低価格で、非常に「順応性のある」充電/放電特性を備えています。したがって、鉛蓄電池は、低電圧ではエネルギーと耐用年数が最適化され、高電圧では電力が最適化されて使用されることになります。

新しいアーキテクチャのもう 1 つの重要な基準は、必要に応じて負荷を徐々に高電圧システムに変換できることです。

42 V/14 Vシステムでは、14 Vブランチは高電力負荷から解放され、はるかに狭い制限内で動作するはずです。

パワーエレクトロニクスは自動車分野でますます重要になってきており、将来の自動車の価格を決定する要因となるでしょう。したがって、この基準は、最も適切な高電圧レベルを選択する際に特に重要でした。自動車用途におけるパワーエレクトロニクスの大幅な上昇傾向にもかかわらず、他の市場セグメントの成長率がさらに高いため、市場シェアは低下するでしょう。その理由だけでも、自動車用途に特化した製造技術は考えられません。^{[引用が必要]}

大手半導体メーカーとの徹底的な議論の結果、約40 Vの電圧が有利であることが判明しました。1997 年 6 月 3 日と4日にミュンヘンで開催された第 17 回「Elektronik im Kraftfahrzeug」(車載エレクトロニクス) 会議で旧シーメンス セミコンダクターズ (現インフィニオン)^が発表した論文「Intelligente Leistungshalbleiter für zukünftige Kfz-Bordnetze」(「将来の自動車電気システム向けインテリジェント パワー半導体」[ 13])には、^多くの議論がまとめられています。

電圧を上げる理由としては、配線システムの重量軽減、安定性の向上、電圧降下の低減などが挙げられます。電圧が 3 倍になると、太い導体の断面積を 3 分の 1 に減らすことができ、同時に相対的な電圧降下も 3 分の 1 に減らすことができます。同じ断面積の場合、相対的な電圧降下は 9 分の 1 以下になります。これらの理由から得られた電圧レベルは、現在の電圧の 3 倍に非常に近かったため、 2 番目の電圧レベルとして42 V が自動的に選択されるようになりました。

• 自動車用バッテリー
• 超低電圧
• ロードダンプ

• アルフォンス・グラフ:新しい車載用 42V パワーネット。 Expert-Verlag、レニンゲン-マルムスハイム、2001 年、ISBN 3-8169-1992-8。 
• Daniel J. Holt: 42 ボルト電気システム。自動車技術者協会、2003 年、ISBN 9780768012972。 

• Emilian Ceuca による論文: 「42 ボルト電力ネット アーキテクチャ標準」(PDF)。 (65.0 KB)
• Halbleiter im 42V-Bordnetz アーカイブ 2011-10-02 at the Wayback Machine Dr. Alfons Graf Infineon Technologies、ミュンヘン、2001 年 10 月
• 42V Powernet レポートは、Wayback Machineで 2016-03-04 にアーカイブされています。Mike Weighall、Digatron/Firing Circuits、アーヘン、2003 年 1 月