مقدمة للمكونات الرئيسية لوحدات التحكم في المحرك
باعتباره أحد المكونات الأساسية لمجموعة نقل الحركة في السيارة الكهربائية، فإن تصميم ووظيفة وحدة التحكم في المحرك تعتمد على العمل المنسق لسلسلة من المكونات الرئيسية.
فيما يلي المكونات الرئيسية في وحدة تحكم المحرك ووظائفها:
1. شريط ناقل التيار المستمر: شريط ناقل التيار المستمر هو موصل ذو موصلية عالية ومقاومة منخفضة وخصائص تبديد حرارة جيدة يربط بين حزمة البطارية ووحدة التحكم في المحرك. ويضمن نقل طاقة التيار المستمر من حزمة البطارية إلى وحدة التحكم في المحرك دون فقد أو بفقدان منخفض.
2. هيكل العاكس: يتكون قلب وحدة التحكم في المحرك من عاكس جسر كامل ثلاثي الطور، وهو المسؤول عن تحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد ثلاثية الطور لتشغيل محرك التيار المتردد. يتكون العاكس من مفاتيح أشباه الموصلات متعددة الطاقة، والتي يمكنها تحقيق التحكم الدقيق في المحرك من خلال التحكم الدقيق في فتح وإغلاق هذه المفاتيح.
3. قمع التداخل الكهرومغناطيسي (EMI): يتم تقليل التداخل الكهرومغناطيسي الذي يولده العاكس أثناء التشغيل عن طريق مكونات الترشيح مثل مكثفات X ومكثفات Y. تُستخدم مكثفات X ومكثفات Y للترشيح بين خطوط الطاقة وبين خطوط الطاقة والأرض على التوالي. تُستخدم عادةً مكثفات الفيلم أو المكثفات الخزفية ويجب أن تلبي معايير السلامة المحددة.
4. دائرة التحكم: دائرة التحكم هي عقل وحدة التحكم في المحرك، وهي مسؤولة عن اكتساب الإشارة وتنفيذ خوارزمية التحكم. وعادةً ما تتضمن متحكمًا دقيقًا أو معالج إشارة رقمي (DSP) ودوائر دعم ذات صلة، حيث يكون القلب هو وحدة الطاقة، وهي المسؤولة عن تحويل الطاقة.
5. دائرة القيادة: توفر دائرة القيادة إشارات القيادة لأجهزة التبديل في وحدة الطاقة لضمان إمكانية التبديل بدقة وسرعة.
6. المشتت الحراري: يستخدم المشتت الحراري لتبديد الحرارة الناتجة عن وحدة الطاقة والحفاظ على تشغيل المكونات الرئيسية عند درجة حرارة تشغيل مناسبة.
7. اكتساب الإشارة: يحتاج متحكم المحرك إلى جمع إشارات التيار ثلاثية الطور وإشارات الموضع في نهاية المحرك لتحقيق مراقبة في الوقت الفعلي لحالة المحرك. يتضمن هذا عادةً استخدام أجهزة مثل أجهزة استشعار التيار.
8. ناقل نحاسي بإخراج تيار متردد: قد يستخدم الاتصال بين وحدة التحكم في المحرك والمحرك ناقل نحاسي بإخراج تيار متردد لنقل طاقة التيار المتردد ثلاثية الطور. يجب أن يأخذ تصميم ناقل النحاس في الاعتبار المقاومة المنخفضة وقدرة حمل التيار العالية.
9. واجهة مستشعر الحل: يتم توفير إشارة موضع المحرك عادةً بواسطة مستشعر الحل، والذي يجب توصيله بالواجهة المقابلة لوحدة التحكم في المحرك.
10. دمج مستشعر التيار: يتم دمج مستشعر التيار بشكل عام داخل وحدة التحكم في المحرك لقياس تيار المحرك. يمكن استخدام مستشعرات تأثير هول أو مستشعرات مثقبة مجوفة.
ويضمن العمل التعاوني لهذه المكونات أن يتمكن متحكم المحرك من تحقيق التحكم الدقيق في محرك السيارة الكهربائية مع ضمان سلامة وموثوقية النظام.
يتكون MCU بشكل أساسي من الوحدات التالية:
1. المتحكم الدقيق: الوظيفة الأساسية للمتحكم الدقيق هي التحكم في عاكس مصدر الجهد (VSI) لتحويل الطاقة المستلمة من البطارية إلى الشكل المطلوب من الطاقة. يستقبل إشارة دواسة الوقود الخاصة بالسائق كمدخل تحكم رئيسي ويتحكم في السرعة وعزم الدوران عن طريق ضبط دورة عمل نبضة تعديل عرض النبضة (PWM). يضمن التحكم في متجه المجال (FOC) المطبق في المتحكم الدقيق التحكم في المحرك بكفاءة وسرعة.
2. عاكس مصدر الجهد (VSI): يعد عاكس مصدر الجهد مسؤولاً عن تحويل الطاقة المستمرة إلى طاقة مترددة لتشغيل المحرك. تُستخدم عادةً ستة ترانزستورات MOSFET لتنفيذ عاكس مصدر الجهد، وفي بعض الأحيان تُستخدم مجموعات موازية من ترانزستورات MOSFET لزيادة سعة التيار.
3. استشعار تيار الطور: تُستخدم أجهزة استشعار التيار المستندة إلى تأثير هول لاستشعار تيار الطور للمحرك لضمان التحكم الدقيق. عادةً ما يتم استخدام جهازين استشعار للتيار لاستشعار تيارين طوريين، ويتم الحصول على تيار الطور الثالث من هذين الجهازين.
4. مصدر الطاقة: تتطلب أجهزة الاستشعار المدمجة في وحدة التحكم الدقيقة مصدر طاقة مناسبًا. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب وحدة التحكم الدقيقة ومستشعر درجة حرارة المحرك ومستشعر ردود الفعل الموضعية أيضًا مستويات مختلفة من مصدر الطاقة. يحول قسم مصدر الطاقة جهد التيار المستمر الثابت إلى مستويات الجهد المختلفة المطلوبة.
5. محرك البوابة: يتم استخدام دائرة محرك البوابة لتضخيم مستوى الجهد لنبضات PWM التي يولدها المتحكم الدقيق لضمان نقل الإشارة بشكل فعال.
6. جهاز إرسال واستقبال CAN: يستخدم جهاز إرسال واستقبال CAN لتوجيه واكتشاف البيانات المنقولة عبر ناقل CAN. فهو يحول المنطق أحادي النهاية الذي يستخدمه المتحكم إلى إشارة تفاضلية يتم إرسالها على ناقل CAN.
7. مستشعر ردود الفعل للموضع: توفر هذه المستشعرات معلومات عن موضع دوار المحرك وهي ضرورية لتحقيق التحكم الدقيق في المتجه. تُستخدم عادةً أجهزة استشعار الترميز أو المحلل لتوفير إشارات ردود الفعل هذه.
8. مستشعر درجة الحرارة: يستخدم مستشعر درجة الحرارة لمراقبة درجة حرارة المحرك ووحدة التحكم لضمان التشغيل الآمن للنظام ومنع ارتفاع درجة الحرارة.
ويضمن العمل التعاوني لهذه الوحدات أن يتمكن متحكم المحرك من التحكم في المحرك بكفاءة ودقة مع ضمان استقرار النظام وسلامته.