מעבר מתת-מערכות חשמל לרכב מ-12V ל-48V השאיר את יצרני הציוד המקורי וספקי ציוד לאחר מכירה לא מוכנים לאתגרים הצפויים.
דיוויד מקצ’סני (David McChesney), מנהל תיקי לקוחות אסטרטגיים, Vicor
עיצובי מכוניות ומשאיות התפתחו במרווחי זמן קבועים במהלך מאה השנים האחרונות, אך סוללות רכב הן טכנולוגיית רכב אחת שהוכיחה עמידות לשינויים. סוללות ה-6V שהוצגו בשנות ה-20 להפעלת מנועי התנעה חשמליים הוכיחו את עצמן כמספיקות עד אמצע שנות ה-50, כאשר מנועים גדולים יותר ואביזרים נוספים עברו להנעה עם 12V.
מלבד ניסיון צולע להגדרת מערכת חשמל 42V בשנות ה-90 שבסופו של דבר ננטש, מערכות 12V נשארו בנורמה עד לאחרונה יחסית. עכשיו, עם זאת, דרישות לאספקת חשמל גדולה יותר ואימוץ המֵינְסְטְרִים של כלי רכב חשמליים היברידיים וסוללה יצרו סביבה שבה המעבר למערכת מתח גבוה יותר הוא בלתי נמנע. טסלה צועדת בתחום עם שחרורו של טנדר הסייברטראק 48V האזורית מה שמאלץ יצרני ציוד מקורי אחרים למהר לעבור ל-48V.
רשת אספקת החשמל 48V תהפוך לנורמה בעשורים הקרובים בשל מגוון היתרונות. בנוסף להישארות מתחת לסף 60V שמעליו מערכות הופכות ל”מתח גבוה” ובכפוף לדרישות בטיחות מחמירות, רשתות PDN 48V מספקות יותר חשמל באמצעות רתמות חיווט קטנות יותר, קלות יותר ובעלות נמוכה יותר. במצבים מסוימים, ההערכה היא כי מערכת ה-48V יכולה לחסוך עד 85% במשקל החיווט הנדרש להפעלת עומס אופייני לעומת תת-מערכת 12V המקבילה. יחד עם זאת, הפעלה בזרם נמוך מצמצמת את הפסדי החשמל, ומובילה לתמיסות תרמיות יעילות יותר.
למרות היתרונות שאוטובוס 48V יכול לספק, התאמת עיצובי הרכב ותהליכי הייצור מציבים אתגרים ליצרני ציוד מקורי לרכב. ברכב ממוצע יש עכשיו יותר מ-200 מכשירים או תכונות המופעלים על ידי אספקת 12V, ורובם יצטרכו להיות מעודכנים כדי לפעול ב-48V. תכונות חדשות מסוימות כמו היגוי על ידי תיל ומתלה פעיל דורשות יותר כוח מאשר 12V יכול לספק בקלות. ככל שהם יהפכו לנפוצים יותר במודלים המיינסטרים, תת-מערכות 48V יצטרכו להפוך לסטנדרט.
מעבר אל 48V
בעוד המעבר ל-48V יבטל את האילוצים של מערכות 12V, הוא יוצר אתגרים לאביזרים בעלי הספק גבוה שצריכים להיות תואמים לשילוב של רכבי 12V ו-48V
הבעיה כבר ניכרת בארה”ב, שם היכולת להוסיף אביזרים לטנדרים ומשאיות נוסעים כבדות לאורך כל חייהם דורשת חשיבה.
סימן למה שצופן העתיד מגיע מטסלה, ששילבה ארכיטקטורת 48V אזורית בסייברטראק כדי להזין את כל מערכות החשמל החזקות ביותר שלה. אילון מאסק אפילו השתעשע עם הרעיון של מנוע חיצוני בטענה שהסייברטראק יהיה “עמיד מספיק למים כדי לשמש ולו לזמן קצר כסירה”. המהלך הוא סימן לכוונתה של טסלה להעביר כלי רכב חשמליים עתידיים לארכיטקטורת 48V.
זהו תחילתו של תהליך שייקח לא שנים, אלא עשרות שנים לפתור. ציר זמן של המעבר הסביר בין עכשיו עד לשנת 2040 מראה כיצד שיעורי אימוץ שונים על ידי יצרני ציוד מקורי וספקי אביזרים לאחר מכירה ייצרו מערכת אקולוגית מורכבת שבה כלי רכב ואביזרים של 12V עדיין יהיו בשימוש מעבר לשנת 2040.
איור 1: ציר הזמן למעבר מ-12V ל-48V במערכות חשמל לרכב וספקי אביזרים לאחר המכירה הוא מורכב ומעורפל. לא ברור כיצד יצרני ציוד מקורי, ספקי אבזרים לאחר מכירה ואנשי ‘עשה זאת בעצמך’ יתמודדו עם מעבר זה.
העומסים תאבי הכוח ביותר יהיו בעדיפות ראשונה, אך קשה לחזות כמה זמן יימשך המעבר המלא. מה שברור הוא כי יצרני ציוד מקורי וספקי אבזרים לאחר מכירה צריכים להתכונן לתקופה ממושכת במהלכה יתחרו על מכירות בשוק עם שילוב של רכבי 12V ו-48V.
היזהר מהקונה
בארה”ב, השאלה כיצד להגיב חריפה במיוחד בשוק המשאיות והאביזרים, שם כמעט מחצית מבעלי הרכב מוסיפים ציוד לאחר המכירה כמו כננות, מפלסות שלג וליפטגייט, ותורמים למכירות של אביזרים לאחר המכירה שעלו על 200 מיליארד דולר בשנת 2022. הלקוחות נאמנים מאוד למותג המועדף עליהם,
איור 1: ציר הזמן למעבר מ- 12V ל- 48V במערכות חשמל לרכב וספקי אביזרים לאחר המכירה הוא מורכב ומעורפל. לא ברור כיצד יצרני ציוד מקורי, ספקי אבזרים לאחר מכירה ואנשי ‘עשה זאת בעצמך’ יתמודדו עם מעבר זה. קרדיט: Vicor
אבל רוצים להיות מסוגלים להוסיף בדיוק סוג של ציוד כבד שיושפע על ידי מעבר ל-48V. יצרני ציוד מקורי שאינם מספקים פתרון, עלולים לערער את אחד ממקורות ההכנסה העקביים והרווחיים ביותר שלהם.
[המצב באירופה מעט שונה, שם מגזר הספקים לאחר מכירה קצת פחות מבוסס מאשר בארה”ב. עם זאת, הרחבת הביקוש מצד צרכנים המעוניינים להוסיף אביזרים מתוחכמים יותר לכלי הרכב שלהם, כגון יחידות ניווט ובידור, מושבים מחוממים וכו’, ומחפשים מגוון רחב יותר של פתרונות לאחר המכירה גורמים לענף זה לגדול בנפחו [1] .
ככל שיותר מערכות 48V יתגלגלו מפס הייצור, פער התאימות הזה יהפוך לברור יותר. זה יעלה את השאלה: מי אחראי להפוך את המעבר לנטול כאב ככל האפשר עבור הלקוחות ובמקביל ולהתכוונן עתידית לעסק שלהם? יצרני ציוד מקורי, ספקי אבזרים לאחר מכירה או לקוחות ‘עשה זאת בעצמך’?
בחינת פתרונות פוטנציאליים
ספקים לאחר מכירה מגיבים באופן מסורתי, ומובן שהם מסרבים להשקיע בפיתוח קווי מוצרים חדשים עד שהם בטוחים במגמות הייעוץ בתעשייה. לפני יצירת מוצר חדש, הם צריכים לראות ביקוש. משמעות הדבר היא שעול השינוי ייפול בעיקר על יצרני ציוד מקורי.
ההצעה לשלב 12V ו-48V ברכב, אולי כחבילה אופציונלית אם הלקוח רוצה לשלם עבורה, מספקת אינטגרציה נקייה עם ציוד סטנדרטי של יצרני ציוד מקורי המכוסה בתקני בטיחות לרכב ומכוסה במסגרת אחריות הרכב. גישה זו למרבה הצער הופכת את הרכב ליקר יותר: כמות כפולה של התקנת מחברים מובילה לתהליכי ייצור מורכבים יותר. לחלופין, רכבי 48V יוכלו להסתגל לאביזרי 12V על ידי שימוש בארכיטקטורת חשמל אזורית עם חיבורי 12V המפוזרים ברחבי הרכב בנקודות מתאימות ומוזנים באמצעות ממירי חשמל.
עבור ספקים לאחר מכירה, פיתוח גרסאות חדשות של מוצרי 48V הוא בלתי נמנע בטווח הארוך, אך הוא יקר וייקח זמן. בטווח הקצר, אפשרויות כמו פיתוח גרסאות 12V ו-48V של כל מוצר מעמיסות על משאבים ודורשות כמות כפולה של פריטים במלאי כדי לעמוד בביקוש כפול. הם יכולים גם להציע ממיר DC-DC מגושם כמתאם בהליך הייצור המסופק עם אביזר 12V כדי להבטיח תאימות.
כולל ממיר מתח מגושם עם כל אביזר 12V לפחות יספק ביטחון לגבי איכות ותאימות, אבל זה גם יגדיל את העלות, יהיה חסר ביצרני ציוד מקורי ותמיכה בסוכנות, ויימנע מכיסוי אחריות הרכב.
עבור חלק מהמשתמשים, קיימת אפשרות של פתרון ‘עשה זאת בעצמך’ הכולל מחבר, חוט, סרט חשמל, מעגל חשמלי והלחמה, או רכישת מתאם של צד שלישי. הוא חסכוני ומאפשר להוסיף מכשירים כנדרש, אבל מגיע עם שורה של בעיות פוטנציאליות. התקנה עצמית כוללת את כל החסרונות של תוספים לאחר מכירה, מחלישה תקני בטיחות, אינה מבטיחה תאימות ובסופו של דבר אינה משולבת באמת ברכב או במערכת החשמל שלו
שילוב מודולי הספק מתח בצפיפות גבוהה
“אלגנטי” היא מילה נדירה בעולם ההתאמה האישית של המשאית. כשמדובר בהתמודדות עם אתגר התאימות 48V לעומת 12V, מודולי ממיר DC-DC משולבים מספקים פתרון קומפקטי ופשוט המהווה דרך מוכחת ויעילה לתכנון פתרונות בתהליך הייצור לירידה מ-48V ל-12V בנקודת הטעינה.
Vicor פיתחה ממירי מתח צפופים לסביבות רכב המבוססים על טופולוגיית ההספק שלה Sine Amplitude Conversion (SAC™), המבוססת היטב ביישומי מחשוב בעלי ביצועים גבוהים. זה מאפשר למהנדסי תכנון אלקטרוניקה להגביר את צפיפות החשמל של ממיר DC-DC עד פי חמישה או שישה בהשוואה לפתרונות הקיימים בשוק כיום.
SAC מבוסס על מיתוג אפס מתח/אפס זרם המאפשר המרת מתח ביחס קבוע. כדי להפוך את הממיר לקטן ככל האפשר, הדבר נעשה בתדרים מעל 1300Hz, המאפשרים שימוש במגנטיות קטנה יותר ובאורכי נתיב קצרים יותר עבור הפניות. יתרון צדדי הוא תגובה ארעית מהירה במיוחד הגדולה מ-8.6MA/s.
Vicor מציעה מספר ממירי חשמל כמו DCM3735 לעומסי כוח גבוהים יותר ו-PRM1515 לארכיטקטורות אזוריות בעלות נמוכה. טכנולוגיית SAC יכולה לספק 4 קילוואט של 48V מבודד או מתח 12V מוסדר ממארז סוללות מתח גבוה של 800 וולט בעל נפח של 1.1 ליטר ומשקל של 1.4 ק”ג. ממירים אלה גמישים וניתנים להרחבה בקלות כדי להסתגל לאמיתות של דרישות הרכב, מה שמפשט עוד יותר את עיצוב האלקטרוניקה החשמלית.
מיפוי פרואקטיבי של נתיב לתאימות 48V-12V
היתרונות של 48V הם בלתי מעורערים וכל יצרני ציוד מקורי יעברו אליו. התהליך יהיה הדרגתי בהתחלה, עם רכבי 12V שנשארים בסביבה במשך עשרות שנים.
בשווקים כמו משאיות, אי תמיכה באביזרים נלווים היא מסוכנת, ועלולה לערער את מכירות הרכב.
העתיד מעורפל ביחס למעבר 48V. יצרני ציוד מקורי לא נקטו בפעולות סופיות וספקי האבזרים לאחר מכירה עדיין לא מוכנים למעבר. עם זאת, מודולי הכוח של Vicor מציעים פתרון גמיש שיכול להתפתח לצד המעבר ל-48V. מכשירים זעירים אלה, גמישים, ניתנים להרחבה וצפופים בחשמל, מספקים הן ליצרני ציוד מקורי והן לשחקני הציוד לאחר מכירה את המפתח למעבר חלק ויעיל של אביזרים תאבי כוח. מודולי ממיר DC-DC הצפופים בחשמל של Vicor הם גמישים, ניתנים להרחבה ומתוכננים לגשר על 48V ו-12V. הם עשויים להיות הפתרון המיידי היעיל ביותר לבעיה המתפתחת לטווח ארוך.
™DCM הנו סימן מסחרי של Vicor Corporation.
קרדיט תמונת שער: Vicor
[1] ראה דוח קבוצת הייעוץ של בוסטון, “בצומת דרכים: תחום ציוד לאחר מכירה האירופי לשנת 2030” https://web-assets.bcg.com/36/39/e80d073a4067bfe89c7482d6db69/the-european-aftermarket-in-2030.pdf
