Ще обсъдим контролер на високо ниво на електрическо превозно средство , наречено система за управление на превозни средства (VCS) . В производствено превозно средство системата за управление на превозното средство е много сложна, разпределена на няколко електронни модула за управление и с много взаимодействия с други системи на автомобила (спиране, отопление и вентилация, управление на акумулатора и др.). Целта на тази статия е да разбере как работи опростен контролер на високо ниво и каква е основната информация, обменяна между модулите.От хардуерна гледна точка ще разгледаме четири системи на електрическото превозно средство:

• задвижваща система
• високо напрежение батерия
• превозно средство (каросерия)
• спирачки

От гледна точка на софтуера (контролера), ние ще разгледаме няколко системи за управление:

• система за управление на електрически машини (EMCS)
• система за контрол на стабилността (SCS)
• система за управление на батерията (BMS)
• система за режим на водача (DMS)
• система за управление на превозното средство (VCS)

Системата за управление на електрическата машина (EMCS) е в основата на инвертора. Нарича се електрическа машина, тъй като може да бъде двигател (положителен въртящ момент) или генератор (отрицателен въртящ момент), в зависимост от входовете на водача (положение на педала на газта и положението на спирачката). EMCS получава искането на въртящия момент от системата за управление на превозното средство (VCS) и модулира фазите на статора (за електрическа машина с постоянен магнит), за да получи необходимия въртящ момент.EMCS също извършва диагностика на електрическите машини и изпраща състоянието. Например, в случай на термична защита, системата за управление на електрическата машина (EMCS) информира системата за управление на превозното средство (VCS), че не може да приложи искания въртящ момент и изпраща границата на въртящия момент (намален въртящ момент).

Техническа Спецификация:

Източник: Reinhart Motion Systems

Обобщение на пристанищата за комуникация и вход-изход:

• 6 (0-5V) аналогови входове
• 2 избираеми PT100 / PT1000 RTD входа
• 8 цифрови входа STB / STG
• 4 високи странични изхода на драйвера
• 2 ниски странични изхода на драйвера
• 1 разделителски интерфейс
• 1 квадратурен енкодер
• 1 sin-cos енкодер
• 2 порта 2.0 2.0 / B
• 1 1MB RS232 програмен порт
  
  ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ПРЕВОЗНИ СРЕДСТВА

  EV дизайн – управление на режимите (система за управление на автомобила)

  В тази статия ще обсъдим контролер на високо ниво на електрическо превозно средство , наречено система за управление на превозни средства (VCS) . В производствено превозно средство системата за управление на превозното средство е много сложна, разпределена на няколко електронни модула за управление и с много взаимодействия с други системи на автомобила (спиране, отопление и вентилация, управление на акумулатора и др.). Целта на тази статия е да разбере как работи опростен контролер на високо ниво и каква е основната информация, обменяна между модулите.От хардуерна гледна точка ще разгледаме четири системи на електрическото превозно средство:

  • задвижваща система
  • високо напрежение батерия
  • превозно средство (каросерия)
  • спирачки

  От гледна точка на софтуера (контролера), ние ще разгледаме няколко системи за управление:

  • система за управление на електрически машини (EMCS)
  • система за контрол на стабилността (SCS)
  • система за управление на батерията (BMS)
  • система за режим на водача (DMS)
  • система за управление на превозното средство (VCS)

  Системата за управление на електрическата машина (EMCS) е в основата на инвертора. Нарича се електрическа машина, тъй като може да бъде двигател (положителен въртящ момент) или генератор (отрицателен въртящ момент), в зависимост от входовете на водача (положение на педала на газта и положението на спирачката). EMCS получава искането на въртящия момент от системата за управление на превозното средство (VCS) и модулира фазите на статора (за електрическа машина с постоянен магнит), за да получи необходимия въртящ момент.

  EMCS също извършва диагностика на електрическите машини и изпраща състоянието. Например, в случай на термична защита, системата за управление на електрическата машина (EMCS) информира системата за управление на превозното средство (VCS), че не може да приложи искания въртящ момент и изпраща границата на въртящия момент (намален въртящ момент).

  

  Изображение: Сигнален интерфейс между основните модули за електронно управление

  Пример за EMCS са двигателните инвертори на Rinehart Motion Systems PM100 и PM150. Те са подходящи за редица приложения като високопроизводителни превозни средства, професионален мотоциклет, хибридно задвижване на тежко превозно средство, статично преобразуване на енергия, хибриден разширител на обхвата или интегриран контролер за стартер (ISG).Задвижващите инвертори на семейството PM са проектирани за електрически (EV) или хибридни превозни средства (HEV) за движение по пътищата и извън пътя. Основната им цел е да преобразуват постоянен ток от батерия с високо напрежение в трифазна променлива мощност, необходима на електрическата машина.

  

  Изображение: Инверторен модул за управление (RmS)

  1. връзки на охлаждащата верига (вход / изход)
  2. комуникационни и входно-изходни портове
  3. връзки на акумулатора с високо напрежение (DC)
  4. 3-фазни изходни връзки (променлив ток)

  Техническа Спецификация:

  Модел на контролер	PM100DX	PM100DZ	PM150DX	PM150DZ
  DC напрежение – работещо [V]	50 – 400	100 – 800	50 – 400	50 – 800
  Прекъсване с постоянен ток [V]	420	840	420	840
  Макс. DC напрежение – неработещо [V]	500	900	500	900
  Ток на двигателя (непрекъснат) [A]	300	150	450	225
  Ток на двигателя (пик) [A]	350	200	450	300
  Изключена електрическа мощност (пикова) [kVA]	100	100	150	150
  Капацитет на постоянната шина [μF]	440	280	880	560
  Размер, дължина х височина х ширина [mm]	200 x 87 x 314		200 x 87 x 436
  Обем [l]	5.5		7.6
  Тегло [kg]	7.5	7.5	10.7	10.7

  Обобщение на пристанищата за комуникация и вход-изход:

  • 6 (0-5V) аналогови входове
  • 2 избираеми PT100 / PT1000 RTD входа
  • 8 цифрови входа STB / STG
  • 4 високи странични изхода на драйвера
  • 2 ниски странични изхода на драйвера
  • 1 разделителски интерфейс
  • 1 квадратурен енкодер
  • 1 sin-cos енкодер
  • 2 порта 2.0 2.0 / B
  • 1 1MB RS232 програмен порт

  Аналоговите входове могат да се използват за различни сензори (положение, налягане и т.н.). RTD (Resistance Temperature Detector) входовете се използват за свързване на температурни сензори. Разделителят, квадратурният енкодер и sin-cos енкодерът са входове от датчици за позиция / скорост (въртене). CAN (Controller Area Network) се използва като комуникационен протокол с други модули (напр. VCS). Портът за програмиране се използва за мигане на модула с различен софтуерен алгоритъм или калибриране на софтуера.Системата за контрол на стабилността (SCS) има множество функции, за които обменя информация със системата за управление на превозното средство (VCS). Основната функция е да контролира спирачната система и да предоставя точна информация за скоростта на автомобила на другите системи. Той също така изпраща искането на спирачния момент към VCS, който ще го приложи към електрическите машини, чрез EMCS. Идеята е, че искането за спиране от водача, прочетено през положението на спирачния педал, не се превръща автоматично в активиране на основна спирачка (хидравлично). Вместо това електрическите машини преминават в режим на генератор, осигурявайки отрицателен въртящ момент и автомобилът се забавя, възстановявайки електрическата енергия в същото време.

  

  Изображение: Модул за управление на спирачките
  За целите на стабилността на превозното средство SCS изчислява максималните граници на въртящия момент за двете електрически машини. Например, ако превозното средство се търкаля върху повърхност с ниско триене (например сняг или лед), въртящият момент на електрическата машина е ограничен, за да се избегне приплъзване на колелата и евентуална нестабилност на автомобила. За възстановяване на енергията VCS информира SCS какъв е максималният спирачен момент, който може да се приложи. Тази граница на въртящия момент се изчислява въз основа на номиналната способност на въртящия момент на електрическата машина или на намалената стойност (изпраща се чрез EMCS).

  Основната цел на системата за управление на батерията (BMS) е да следи акумулатора с високо напрежение по отношение на балансиране на напрежението в клетката, състояние на заряд (SOC) и здравословно състояние (SOH). За целите на термичната защита също така ограничава максималния ток (положителен или отрицателен) на батерията.

  

  Изображение: Модул за управление на батерията (Orion BMS)
  Като пример можем да разгледаме Orion BMS, проектиран и произведен от Ewert Energy Systems. Основните функции:

  • Следи всяко напрежение на клетката
  • Поле програмируемо и модернизирано
  • Интелигентно балансиране на клетките (ефективно пасивно балансиране)
  • Прилага минимални и максимални напрежения в клетката
  • Изпълнява максимални ограничения на тока
  • Засилва температурните граници
  • Професионален и здрав дизайн
  • Монитор състояние на такса (SOC)
  • Запазва данни за историята на батериите
  • Интеграция с 3 ^-те парти приложения за смартфони (Torque, EngineLink)

  Съвместимост на батерията:

  • Съвместим е с почти всички литиево-йонни клетки
  • Настройка с едно щракване за много често срещани типове батерии
  • Поддържа 4-180 клетки на серия на BMS модул

  Изчисления:

  • Състояние на здравето (SOH)
  • Напрежение на клетката с отворена верига
  • Ограничение на тока на зареждане
  • Ограничение на тока на разреждане
  • Вътрешно съпротивление (за всяка отделна клетка, както и за общия пакет)
  • Централизиран дизайн:
    • Без клетъчни табла или външна верига
    • Бързо проучване на напрежението в клетката (обикновено на всеки 30 ms)
    • Висок имунитет към електромагнитни смущения (EMI) и друг шум
    • Измерване на напрежението в клетката с висока точност

    Два програмируеми CAN интерфейса на шината:

    • CAN2.0B (поддържани 11-битови и 29-битови идентификатори)
    • Независимо работи с различни скорости на предаване
    • Напълно персонализирано форматиране на съобщенията
    • Полево обновяем фърмуер и настройки, използвайки CAN интерфейс
    • Настройка с едно щракване за много общи зарядни устройства и инвертори
    • Съвместим с OBD2 протокол (поддържа много инструменти за сканиране)
    • Може да се използва с CANOpen и J1939 приложения

    Вход изход

    • Лесно взаимодействие със зарядни устройства и товари
    • Изходи за включване / изключване за контролиране на зареждане и разреждане
    • 0 – 5V аналогови изходи за постепенно намаляване на тока (подобрява използваемия обхват на батерията)
    • Термично управление за охлаждане / отопление на батерията

    Функции за диагностика

    • Диагностичните кодове за проблеми бързо идентифицират и диагностицират проблеми с батерията
    • Данните за замразяване на кадъра записват точните условия, когато възникна повреда.
    • Поддържа OBD2 автомобилен протокол за съхранение на диагностични кодове за неизправности и проучване на живи данни

    Регистриране на данни

    • Единицата проследява общия брой цикли на батерията
    • Записва броя и продължителността на събитията от превишена температура и свръхток
    • Всички BMS параметри могат да бъдат регистрирани с помощта на помощния софтуер за компютър
    • Незадължителният дисплей за регистриране на данни може да записва всякакви параметри на карта с памет

    Други функции

    • Откриване на повреда при изолация
    • Множество BMS единици могат да се използват последователно
    • Автомобилни заключващи конектори
    • Компенсация на температурата за подобрено наблюдение при различни температури

    Системата за управление на шофьора (DMS) осигурява интерфейса между водача и превозното средство. Водачът може да избере (въведете):

    • положението на превключващия лост (паркиране, заден ход, неутрално задвижване)
    • потреблението на въртящия момент (чрез положение на педала на газта)
    • търсенето на спирачката (чрез положение на педала на спирачката)
    • настройка на скоростта на превозното средство (за круиз контрол)

    Цялата тази информация се подава на VCS, който взема решения относно стойността на въртящия момент на електрическата машина и посоката на въртене. Въртящият момент на електрическата машина се връща обратно към DMS и може да се използва за показване на режима на задвижване (ускорение или спиране) и нивото или възстановяването на енергията.Системата за управление на превозното средство (VCS) е основният контролер на автомобила. Основната му функция е да определя режима на електрическата машина (двигател / генератор) и стойността на въртящия момент. Логиката на управлението отчита състоянието на електрическата машина (ите), състоянието на акумулатора с високо напрежение, състоянието на автомобила и входовете от водача. На изображението по-долу има опростена машина за високо ниво, която може да се използва като главен контролер на електрическо превозно средство (EV).

    

    Изображение:  машина за управление на енергията и въртящия момент

    Когато автомобилът е включен (ключът за запалване е включен), VCS преминава в състояние за инициализация . Функция на скоростта на превозното средство и на входовете на водача (положение на лоста за превключване, положение на педала на газта, положение на педала на спирачката) може да премине в състояние на ускорение , изгаряне или възстановяване на енергия . В таблицата по-долу е описано условията за влизане в щатите.

    състояние	Образуване	ускорение	каботажен	Възстановяване на енергия
    Условия за влизане	Ключът на запалването е включен	лост за превключване в позиция задвижване (D) AP позиция> 0% BP позиция = 0%	лост за превключване в скорост на задвижване (D) на превозното средство> 0 kph позиция AP = 0% позиция BP или 0%	лост за превключване в задвижващ (D) AP позиция = 0% BP позиция> = 0%
    продукция	Нито един	EM въртящ момент> 0 Nm EM състояние = MOTOR	EM въртящ момент = 0 Nm EM състояние = MOTOR	ЕМ въртящ момент <0 Nm EM състояние = GENERATOR

    AP – педал на газта
    BP – педал на спирачката
    EM – електрическа машина

    В състояние на ускорение , под-състоянието по подразбиране е Nominal , което означава, че няма ограничение на въртящия момент на електрическата машина (и) или ограничение на мощността на акумулатора с високо напрежение. В зависимост от исканото от водача ниво на въртящия момент (от положението на педала за ускорение) въртящият момент може да се прилага само на предната ос (задвижване на предните колела, FWD ) или на двете оси (задвижване на всички колела, AWD ). В случай на термична защита (на електрическа машина или батерия), превозното средство може да отиде в въртящия момент ограничение състояние, което ограничава максималния въртящ момент, който може да се приложи към електрическата машина и максималната електрически ток ще в или извън батерията.

    В състояние на крайбрежие VCS не прилага никакъв въртящ или спирачен въртящ момент върху електрическата машина (ите), за да използва напълно кинетичната енергия на превозното средство за движение. Зададената стойност на въртящия момент за електрическите машини е 0 Nm.

    В състояние на възстановяване на енергията електрическите машини стават генератори и произвеждат електрическа енергия. В зависимост от стойността на положението на педала на спирачката, въртящият момент (отрицателен), прилаган при електрическата машина, е променлив. Също така общият отрицателен въртящ момент може да бъде разделен между предна и задна ос, в зависимост от състоянието на автомобила и условията на шофиране.

    Това е опростен пример за контролер на електрическо превозно средство (EV), но той дава много добър преглед на това каква информация се обменя между различни модули за управление и какъв може да бъде режимът на работа, в зависимост от входните сигнали.