ثلاث تقنيات أساسية لمركبات الطاقة الجديدة
في بنية النظام الأساسي لمركبات الطاقة الجديدة، تلعب VCU وMCU وBMS بلا شك دورًا حيويًا، وتشكل معًا جوهر طاقة السيارة وإدارة الطاقة.
1.VCU
VCU، أو وحدة التحكم في السيارة، هي وحدة التحكم الأساسية في مركبات الطاقة الجديدة، وأهميتها تعادل وحدة التحكم في المحرك في مركبات الوقود. في السيارات الكهربائية النقية وبعض المركبات الهجينة، تلعب VCU دورًا حيويًا.
أولاً، وحدة VCU مسؤولة عن التحكم في القيادة. يحتاج إلى التحكم في خرج محرك الطاقة وفقًا لنية السائق، مثل درجة الضغط على دواسة الوقود أو دواسة الفرامل، لضمان قدرة السيارة على القيادة وفقًا لتوقعات السائق. وفي الوقت نفسه، يحتاج أيضًا إلى تلقي ومعالجة معلومات التعليقات من الأنظمة الفرعية المختلفة للسيارة لتزويد السائق بدعم القرار اللازم.
ثانيًا، VCU مسؤولة عن إدارة المرفقات. يتضمن ذلك التحكم وإدارة المكونات الرئيسية مثل DCDC وأجهزة الشحن الموجودة على متن الطائرة ومضخات المياه وضواغط تكييف الهواء لضمان قدرتها على العمل بكفاءة كما هو مطلوب.
بالإضافة إلى ذلك، تعد إدارة الطاقة أيضًا مسؤولية مهمة لجامعة فرجينيا كومونولث. في السيارات الكهربائية النقية، تحتاج وحدة VCU إلى تنسيق إمداد طاقة البطارية إلى محرك الطاقة والملحقات الكهربائية لتحقيق أقصى استفادة من الطاقة. عندما تكون طاقة البطارية منخفضة، فإن وحدة VCU سوف تحد بذكاء من طاقة الخرج لبعض الملحقات الكهربائية، وبالتالي توسيع نطاق قيادة السيارة.
يعد تجديد طاقة الكبح وظيفة رئيسية أخرى لـ VCU. عندما تقوم السيارة بالفرملة، يمكن للمحرك الكهربائي أن يعمل كمولد لاستعادة طاقة الكبح وتخزينها في جهاز تخزين الطاقة. ستحدد وحدة VCU متى يتم تجديد طاقة الكبح بناءً على فتح دواسة الوقود ودواسة الفرامل وقيمة SOC للبطارية لتحقيق الاستخدام الفعال للطاقة.
تعد معالجة الأخطاء أيضًا وظيفة لا غنى عنها لـ VCU. فهو يكتشف حالة السيارة ومعلومات الحالة لكل نظام فرعي في الوقت الفعلي من خلال أجهزة الاستشعار وناقل CAN، ويعرض هذه المعلومات على لوحة القيادة. في الوقت نفسه، ستقوم VCU أيضًا بإجراء تشخيص الأخطاء ومعالجة حماية السلامة للتأكد من أن السيارة يمكنها القيادة بأمان إلى محطة الإصلاح عند حدوث خطأ.
وأخيرًا، تعد VCU مسؤولة أيضًا عن تفاعل المعلومات مع المكونات الرئيسية الأخرى. فهو ينقل البيانات الرئيسية وحالة الأعطال لنظام الطاقة، والمحرك، والبطارية، ونظام الجهد العالي، وتكييف الهواء، وما إلى ذلك إلى لوحة العدادات ويستقبل معلومات التحكم الخاصة بالسائق. بالإضافة إلى ذلك، ستقوم بعض شركات السيارات بدمج وظائف الإدارة الحرارية في وحدة VCU لتحقيق التحكم الذكي في مضخات المياه، والمراوح، وصمامات التحكم في تكييف الهواء، والمبادلات الحرارية، وما إلى ذلك.
باعتبارها وحدة التحكم "على مستوى الدماغ" لمركبات الطاقة الجديدة، تلعب VCU دورًا حيويًا في التحكم في القيادة، وإدارة الملحقات، وإدارة الطاقة، وردود فعل طاقة الكبح، ومعالجة الأخطاء وتفاعل المعلومات. من المهم ضمان التشغيل الآمن والفعال للسيارة. المفتاح.
2. نظام إدارة المباني
نظام إدارة البطارية، والمشار إليه باسم BMS، هو نظام ذكي يقوم بمراقبة البطاريات وإدارتها بشكل شامل. لديها وظائف قوية لضمان أن تكون البطارية دائمًا في أفضل حالة أثناء الاستخدام.
إحدى المهام الأساسية لـ BMS هي مراقبة جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي. بهذه الطريقة، يمكنه اكتشاف ومنع الإفراط في تفريغ البطارية، والشحن الزائد، ودرجة الحرارة الزائدة وغيرها من الظروف غير الطبيعية، وبالتالي حماية البطارية من التلف.
بالإضافة إلى وظائف المراقبة الأساسية، يتمتع نظام إدارة المباني أيضًا بوظائف متقدمة مثل اكتشاف التسرب، والإدارة الحرارية، وإدارة موازنة البطارية، وتذكيرات الإنذار. ويمكنه أيضًا حساب السعة المتبقية للبطارية (SOC) وطاقة التفريغ، والإبلاغ عن درجة تدهور البطارية (SOH) وحالة السعة المتبقية. تعتبر هذه المعلومات ضرورية للسائقين لفهم مستوى البطارية الحالي ونطاق القيادة حتى يتمكنوا من التخطيط لرحلاتهم بشكل أفضل.
إحدى التقنيات الأساسية لنظام إدارة المباني هي تقدير SOC. يمكن لهذه التقنية تقدير الطاقة المتبقية للبطارية بدقة والتأكد من الحفاظ على SOC ضمن نطاق معقول، وبالتالي منع البطارية من الشحن الزائد أو التفريغ الزائد. لا يؤدي تقدير SOC عالي الدقة إلى تحسين نطاق قيادة السيارة فحسب، بل يقلل أيضًا من تكلفة البطارية المطلوبة.
بالإضافة إلى ذلك، لدى BMS أيضًا وظيفة التحكم في التوازن. فهو يوازن بين اختلافات السعة أو الجهد بين خلايا البطارية لضمان وصول كل خلية في حزمة البطارية إلى حالة متوازنة ومتسقة. ويساعد ذلك على تحسين الأداء العام وسلامة حزمة البطارية.
بالإضافة إلى ذلك، تعد وظيفة الإدارة الحرارية في نظام إدارة البطارية (BMS) أمرًا بالغ الأهمية لضمان عمل البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المناسب وتقليل فرق درجة الحرارة بين وحدات البطارية الفردية. وذلك لأن أداء البطارية وعمرها وسلامتها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة الحرارة. قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا إلى تلف البطارية وتؤثر على عملها الطبيعي.
من أجل تحقيق الإدارة الحرارية الفعالة، سيحدد BMS أولاً نطاق درجة حرارة التشغيل الأمثل للبطارية. يقع هذا النطاق عادةً ضمن نطاق درجة الحرارة الذي تتمتع فيه البطارية بأفضل أداء وأطول عمر وأعلى مستوى من الأمان. وبمجرد تحديد هذا النطاق، سيقوم نظام إدارة المباني بمراقبة درجة حرارة البطارية في الوقت الفعلي واتخاذ التدابير المناسبة لضبط درجة الحرارة حسب الحاجة.
يعد حساب المجال الحراري للبطارية والتنبؤ بدرجة الحرارة رابطًا مهمًا آخر في الإدارة الحرارية. من خلال حساب المجال الحراري للبطارية، يمكن لنظام إدارة المباني فهم توزيع درجة الحرارة داخل البطارية والتنبؤ باتجاه تغير درجة الحرارة في المستقبل للبطارية. وبهذه الطريقة، يمكن لنظام إدارة المباني (BMS) اتخاذ التدابير المقابلة مسبقًا لمنع ارتفاع درجة حرارة البطارية أو انخفاضها جدًا.
يعد اختيار وسائط نقل الحرارة أيضًا خطوة أساسية في الإدارة الحرارية. تتمثل وظيفة وسيط نقل الحرارة في نقل الحرارة الناتجة عن البطارية بشكل فعال إلى نظام تبديد الحرارة، وبالتالي الحفاظ على درجة حرارة البطارية ضمن نطاق معقول. تشمل وسائط نقل الحرارة الشائعة السوائل والغازات، ويعتمد اختيار الوسائط على سيناريو التطبيق المحدد واحتياجاته.
يعد تصميم هيكل تبديد الحرارة لنظام الإدارة الحرارية واختيار نقطة الاستقرار المتوقعة للمروحة أيضًا من الروابط الرئيسية في الإدارة الحرارية. يحتاج تصميم هيكل تبديد الحرارة إلى أخذ عوامل مثل كفاءة تبديد الحرارة والوزن والتكلفة في الاعتبار لضمان الأداء الأمثل لتبديد الحرارة. يتضمن اختيار النقطة المستقرة للتنبؤ بالمروحة تحسين سرعة المروحة وحجم الهواء والمعلمات الأخرى لضمان أفضل تأثير لتبديد الحرارة وأقل استهلاك للطاقة.
من خلال تنفيذ تدابير الإدارة الحرارية هذه، يمكن لنظام إدارة المباني التحكم بشكل فعال في درجة حرارة البطارية، وتحسين أداء وعمر البطارية، مع ضمان التشغيل الآمن للبطارية. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية للأجهزة مثل السيارات الكهربائية التي تعتمد على طاقة البطارية، مما يساعد على تحسين أداء وموثوقية السيارة بأكملها.
3.MCU
MCU، أو جهاز التحكم في المحرك، هو المركز العصبي الذي يربط المحركات والبطاريات. إنها تتحمل المهمة المهمة المتمثلة في ضبط أداء السيارة بأكملها. بفضل ميزاته الذكية، فهو لا يضمن السلامة الأساسية والتحكم الدقيق في السيارة فحسب، بل يمكّن أيضًا البطارية والمحرك من الأداء بأفضل ما لديهما.
تتمثل الوظيفة الأساسية لوحدة MCU في تحويل طاقة التيار المستمر لبطارية الطاقة بكفاءة إلى طاقة التيار المتردد عالية الجهد المطلوبة، ودفع جسم المحرك لإخراج الطاقة الميكانيكية. وفي الوقت نفسه، لديها أيضًا وظائف تشخيص أخطاء نظام المحرك والحماية والتخزين، مما يوفر ضمانًا قويًا لتشغيل السيارة بأكملها.
من الناحية الهيكلية، تتكون MCU من مكونات رئيسية مثل نظام الإسكان والتبريد ووحدة الطاقة الإلكترونية ودائرة التحكم والبرامج الأساسية وبرامج خوارزمية التحكم. تعتمد دائرة أجهزتها مفاهيم تصميم معيارية ومنصة، وقد تم تصميم جزء محرك الطاقة مع دوائر متعددة لوظائف التشخيص والحماية لضمان التشغيل المستقر والموثوق. يستخدم جزء حلقة الطاقة تقنية الاتصال المتوازي لوحدة IGBT من فئة السيارات ومكثفات الناقل المخصصة وتصميم شريط التوصيل المتكامل لزيادة تحسين الأداء.
فيما يتعلق بالبرمجيات، يتبع البرنامج الأساسي لوحدة MCU معيار بنية النظام المفتوح AUTOSAR لتحقيق هدف منصة مشتركة لتطوير وحدة التحكم الإلكترونية. ينقسم برنامج طبقة التطبيق إلى وحدات متعددة مثل التحكم في الحالة وخوارزمية المتجهات وحساب عزم دوران الطلب ووحدة التشخيص وفقًا للتصميم الوظيفي. تنقسم وحدة خوارزمية المتجهات أيضًا إلى التحكم في MTPA والتحكم في إضعاف المجال لضمان دقة ودقة استراتيجية التحكم. فعال.
بالإضافة إلى ذلك، تعد الحلول التقنية الرئيسية لـ MCU رائعة جدًا أيضًا، بما في ذلك المعالج الرئيسي ثنائي النواة عالي الأداء 32-بت، وتقنية IGBT المتوازية على مستوى السيارات، ومكثفات ناقل الفيلم المخصصة وتصميم دوائر الطاقة المتكاملة. وفي الوقت نفسه، يضمن الغلاف ذو مستوى الحماية العالي والتصميم المتكامل لتبديد حرارة تبريد الماء التشغيل المستقر لوحدة MCU.
في ظل الاتجاه المستقبلي للسيارات الذكية، فإن أداء السلامة في MCU له أهمية خاصة. تحتاج السيارة الذكية إلى فهم الأشخاص كشريك، ولكن السلامة هي الأساس دائمًا. في عصر السيارات الذكية المتصلة، أصبحت المشكلات الأمنية موجودة في كل مكان، بما في ذلك الأجزاء والمركبات والأنظمة والأجهزة والبرامج والبيانات والاتصالات والشبكات. ولذلك، فإن أداء السلامة لـ MCU هو أيضًا المفتاح لضمان قدرتها على أداء أفضل وظائفها.
