מהו עקרון חשמל?
עקרון חשמל
המרכיב המרכזי ביותר ברכב חשמלי הוא מערכת המצברים, ואחד ההיבטים המרכזיים ביותר של מערכת המצברים הוא העיקרון החשמלי שלה. התכנון הארכיטקטוני של עיקרון החשמל מבוסס על עמידה בדרישות שהציג תכנון הרכב עבור מערכת המצברים, ולאחר שהתכנון מסתיים, הוא קובע את הפונקציות של מערכת המצברים. פרק זה יכסה מעט ידע על העקרונות החשמליים של מערכת הסוללות.
תצורה חשמלית
הדרישה לתצורה החשמלית של מערכת המצברים נובעת מדרישות מערכת המצברים. אם לסכם את הדרישה של הרכב למערכת המצברים במשפט אחד פשוט: לספק אנרגיה חשמלית בצורה בטוחה ובקרה לרכב החשמלי. שלוש מילות המפתח במשפט זה הןאנרגיה חשמלית, ניתן לשליטה, וכַּסֶפֶת. אנרגיה חשמלית מתייחסת לרכיבים בתוך מערכת הסוללה, כגון מודולי סוללה, שיכולים לספק אנרגיה חשמלית. ניתן לשליטה מתייחס לרכיבים בתוך מערכת הסוללה, כגון יחידת בקרת הסוללה (BCU), מגעים או ממסרים, וחיישני זרם/מתח, שיכולים לשלוט בזרם. בטוח מתייחס לרכיבים בתוך מערכת הסוללות הקשורים לבטיחות המערכת, כגון נתיכים וניתוק שירות ידני (MSD). איור 9-1 מציג תצורה חשמלית פשוטה של מערכת סוללות, כולל שלושת סוגי הרכיבים שהוזכרו לעיל. אלה כוללים רכיבים כגון מודולי סוללה, יחידת בקרת סוללה (BCU), מגע חיובי ראשי, מגע ראשי שלילי, מגע חיובי טעינה מהירה, מגע שלילי טעינה מהירה, ממסר טעינה קדם-, נגד טעינה מוקדמת, חיישן זרם וניתוק שירות ידני (MSD) עם נתיך.
כפי שניתן לראות באיור 9-1, מערכת הסוללות מורכבת מלוח בקרה ראשי אחד, מספר לוחות בקרת עבדים, 1 MSD, מספר תאים, ממסרי מתח גבוה-, רתמות חיווט- במתח נמוך ומחברים שונים. לוח הבקרה הראשי אחראי על פונקציות כגון בקרת לוגיקה של ממסר מתח גבוה, רכישת מתח כולל, ניטור מצב מחבר מתח גבוה וחיבור MSD, רכישת זרם, בקרת טעינה, תקשורת רכב, איסוף מידע לוח עבדים, אבחון תקלות ושדרוג תוכנית. כל לוח בקרת Slave מוגדר לרכישת מתח תאים (0~5V) ומצויד בחיישני טמפרטורה המפוזרים על פני כל מודול סוללה בקופסה.
מערכת הסוללות באיור 9-1 פשוטה יחסית ועדיין אינה כוללת תתי מערכות כגון מערכת קירור המים, מערכת החימום ומערכת בקרת הטמפרטורה.
עקרונות חשמל
איור 9-2 מציג עיקרון חשמלי של מערכת סוללות. כפי שניתן לראות מהאיור, ערכת הסוללה משלבת מגעים חיוביים ושליליים, נגדי טעינה-, ממסרי טעינה מוקדמים, MSD, מערכת ניהול סוללה וחיישני זרם. המגעים בתוך המטען המהיר/איטי וחבילת סוללות הליתיום נשלטים על ידי מערכת ניהול הסוללות (BMS), ומומלצת היגיון חיובי. המגעים החיוביים והשליליים מצוידים במגעי עזר, ואות המשוב נשלח חזרה למערכת ניהול הסוללה.
מעגל הטעינה-קדם-מטעין את מערכת המתח הגבוה-של הרכב, ומתח הטעינה-קדם הוא מתח המערכת. ספק הכוח של הלוח הראשי של מערכת ניהול הסוללה צריך להיותמתח מופעל, ממשק התעוררות- באמצעות חוט חי וטעינה. הוא מופעל על ידי מתח ON במהלך פעולה רגילה ומופעל על ידי מקור מתח טעינה חיצוני במהלך הטעינה. מערכת ניהול הסוללה צריכה להיות בעלת פונקציות זיהוי התנגדות בידוד וזיהוי מתח וזרם. זיהוי זרם יכול לאמץ חיישני זרם shunt או Hall. למערכת ניהול הסוללה צריכה להיות אסטרטגיות מתאימות להתנגדות בידוד וטיפול בתקלות. דרישות זיהוי התנגדות הבידוד מפורטות בדרישות המתאימות של גיליון הקלט של תכנון הסוללה. הלוח הראשי של מערכת ניהול הסוללה אמור להיות מסוגל לזהות את אותות בקרת הטעינה ואישור CC/CP/CC2 העומדים בתקני הטעינה הלאומיים. שיטות טעינת AC צריכות להיות מתוכננות על פי עקרון מעגל הטייס הבקרה הטיפוסי של שיטת חיבור מצב טעינה 3 בתקן הלאומי, המאפשר טעינת AC דרך שקע 16A ביתי וערימת טעינת AC. מתג תחזוקה ונתיך-מתח גבוה צריכים להיות ממוקמים באמצע ערכת הסוללות. אם ערכת הסוללות היא מערכת-מפוצלת, מומלץ להתקין מתג תחזוקה ונתיך{15}}מתח גבוה במיקום האמצעי החשמלי של כל קופסה. מחבר המתח הגבוה- בין ה-MSD לכבל החיבור אמור ליצור מעגל נעול בתוך ערכת הסוללות, ואות הנעילה מזוהה על ידי מערכת ניהול הסוללה. מחבר המתח הגבוה- עבור המתח הכולל והפלט השלילי הכולל של ערכת סוללות החשמל משתמש במחברים- מוגדרים מראש, ואות הבקרה-במתח גבוה היוצר לולאת התנגדות עם יחידת בקרת הכוח (PCU) והמנוע מזוהה על ידי יחידת בקרת הרכב (VCU).
מערכת ניהול הסוללה מאמצת ארכיטקטורת עבדות-מאסטר. התקשורת בין לוח הבקרה הראשי ללוחות הבקרה של העבדים היא באמצעות אפיק ה-CAN. איור 9-3 מציג את מבנה אפיק ה-CAN הפנימי של מערכת הסוללות.
כפי שניתן לראות מאיור 9-3, כל מודול מצויד בלוח בקרת עבדים. לוח בקרת העבדים משולב עם המודול, ומאפשר תצורה גמישה, מדרגיות ויצירת מודולים סטנדרטיים כדי לעמוד בדרישות הפלטפורמה. התכנון החשמלי מתמקד בעיקר בתכנון מעגל המתח הגבוה של ערכת הסוללות, כולל היבטי הפיתוח שלבטיחות חשמלית-במתח גבוה, מעגל טעינה קדם-, בחירת כבל-מתח גבוה, MSD וחיישני זרם.
