Как традиционные автомобильные бренды, так и новые игроки будут обслуживать этот быстро расширяющийся рынок электромобилей, и все они будут искать способы достижения двух основных целей: безопасности и эффективности.
- Обеспечение максимальной безопасности - Предотвращение риска травм для пассажиров, защита транспортного средства и сохранение репутации производителя.
- Обеспечение максимально эффективной работы транспортных средств - Чтобы владельцы транспортных средств могли избежать неудобств, связанных с частой подзарядкой, и преодолевать большие расстояния.
Однако достижение этих двух целей представляет собой сложную задачу для инженеров, которым поручено их выполнение. А достижение все более быстрого времени зарядки требует перехода к более высоким напряжениям (800 В). Поэтому, в связи с этой возрастающей сложностью, конструкция силовой установки любого современного электромобиля имеет решающее значение. Производители должны, следовательно, разрабатывать высокотехнологичные сетевые возможности в автомобиле с необходимыми функциями мониторинга и диагностики.
Доступ к важным данным:
Электрические силовые установки требуют высокопроизводительной инфраструктуры сбора данных для обеспечения их эффективности и безопасности. Благодаря этой инфраструктуре различные элементы силовой установки постоянно контролируются, и любое указание на проблему передается в соответствующий электронный блок управления (ЭБУ), где принимаются соответствующие корректирующие меры. Кроме того, как мы увидим, ограничения, накладываемые на конструкцию электромобилей, означают, что эта инфраструктура (и используемые в ней компоненты) требуют определенных технических характеристик.
Ключевые компоненты силовой установки электромобиля.
Шесть основных систем, входящих в состав силовой установки электромобиля или непосредственно с ней связанных, следующие:
- Бортовое зарядное устройство (OBC) - отвечает за зарядку батареи, преобразуя переменный ток в подходящее постоянное напряжение.
- Аккумуляторный блок - место хранения накопленной энергии, готовой к подаче.
- Тяговый инвертор - преобразует постоянный ток от батареи в переменный ток, который затем приводит в движение электродвигатель электромобиля.
- Контроллер двигателя - цифровые схемы преобразуют усилие, приложенное водителем к педалям тормоза и акселератора, в команды, которые приводят к изменению крутящего момента двигателя (для ускорения или замедления автомобиля).
- Система управления батареей (BMS) контролирует различные параметры в аккумуляторном блоке для поддержания надлежащего функционирования каждой ячейки.
- DC-DC преобразователь - снижает напряжение батареи, чтобы ее можно было использовать для других функций (таких как освещение, климат-контроль, информационно-развлекательная система и т. д.).
Бортовой компьютер (OBC), система управления двигателем (BMS), тяговый инвертор, привод двигателя и контроллер двигателя должны непрерывно передавать или принимать данные в режиме реального времени от/к поддерживающим их электронным блокам управления (ECU). Эти данные в режиме реального времени обеспечат повышение эффективности трансмиссии, увеличение срока службы автомобиля, повышение надежности и уровня безопасности.
Зависимость от данных в электромобилях:
Хорошо известно, что аккумуляторные батареи электромобилей состоят из литий-ионных элементов, и необходимо учитывать потенциальную опасность возгорания. Поэтому постоянный мониторинг системы имеет жизненно важное значение. Получая данные в режиме реального времени от элементов, такие как температура, напряжение и ток, система управления батареей (BMS) понимает общее состояние аккумуляторной батареи. Затем она обеспечивает поддержание каждой ячейки в пределах безопасных рабочих параметров.
Благодаря многочисленным диагностическим функциям BMS может обнаруживать любые потенциальные проблемы в данной ячейке, которые могут привести к перегреву, и отключать ее (предотвращая опасную ситуацию теплового разгона). Однако, если возникает более серьезная проблема, затрагивающая большую часть аккумуляторной батареи, может потребоваться полная остановка автомобиля.
BMS также может выполнять балансировку ячеек. В аккумуляторной батарее существуют различия в конструкции ячеек, причем некоторые ячейки способны удерживать больший заряд, чем другие. Балансировка ячеек означает более равномерное распределение заряда по всей батарее, поэтому ячейки с более низкой производительностью прослужат дольше.
Другие компоненты, такие как бортовой компьютер, тяговый инвертор и т. д., требуют передачи данных для быстрого реагирования на изменяющиеся условия работы силовой установки. Как и система управления батареей (BMS), они нуждаются в высокоскоростном соединении для обеспечения детерминированной работы.
Основные требования к соединениям:
Использование разъемов в любом автомобильном применении требует нескольких важных характеристик. Во-первых, пространство будет ограничено, поэтому размеры компонентов разъема должны это учитывать, обеспечивая при этом высокую плотность контактов. В то же время выбранные разъемы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать сложные условия эксплуатации в автомобильной промышленности. Они должны быть устойчивы к ударам, вибрации и высоким температурам. Кроме того, необходима полная защита от попадания пыли и влаги.
Они также должны поддерживать высокие скорости передачи данных в соответствии с требованиями современных автомобильных коммуникационных сетей и сохранять высокую целостность сигнала (несмотря на шумную электромагнитную среду, в которой будут размещены эти разъемы). Кроме того, рекомендуется использовать механизмы для предотвращения ошибок сопряжения во время сборки. Наконец, растущая конкуренция в секторе электромобилей означает, что используемые разъемы должны иметь конкурентоспособную цену и не чрезмерно увеличивать общую стоимость комплектующих.
Компактное решение для межсоединений высокой плотности:
несколько производителей разработали Archer Kontrol для силовых агрегатов своих электромобилей, и компания Harwin укрепляет свои позиции в этом быстрорастущем сегменте рынка. Эти высоконадежные межплатные разъемы интегрированы в бортовые компьютеры, контроллеры двигателей и тяговые инверторы. Они предоставляют автомобильным инженерам все необходимые технические характеристики для инфраструктуры данных, сопровождающей силовые агрегаты электромобилей, а для покупателей они имеют хорошие коммерческие позиции. Кроме того, их малый размер, с возможностью выбора вертикальной или горизонтальной ориентации, позволяет этим разъемам с шагом 1,27 мм размещаться в ограниченном пространстве.
Рисунок 1: Разъемы Harwin Archer Kontrol с шагом 1,27 мм, поддерживающие скорость 3 Гбит/с.
Помимо температурного режима 125°C (для работы в условиях высокой температуры внутри модулей силового агрегата), эти компоненты обладают исключительной вибростойкостью (циклические испытания проводились при 10-2000 Гц, 1,5 мм, 198 м/с² (20G) в течение 12 часов). Кроме того, благодаря возможности передачи данных со скоростью 3 Гбит/с, они легко поддерживают скорость передачи данных в автомобильных сетях связи на основе Ethernet. Используются высокопрочные контакты из фосфористой бронзы с золото-оловянным покрытием. Эти контакты заключены в прочные пластиковые корпуса, соответствующие стандарту UL94V-0 по огнестойкости.
Разъемы Archer Kontrol полностью экранированы (для предотвращения повреждений) и имеют встроенную поляризацию для защиты от ошибок сопряжения на производственных линиях автопроизводителей. Варианты высоты штабелирования от 8 мм до 20 мм обеспечивают большую универсальность, позволяя находить подходящие комбинации и удовлетворять конкретным требованиям проектирования. Кроме того, доступны готовые к использованию кабельные сборки (длиной 150 мм и 300 мм) с дополнительными крепежными элементами для снятия натяжения.
Заключение:
Сбор и передача данных в режиме реального времени имеют фундаментальное значение для долгосрочной эксплуатации электромобилей, обеспечивая повышение эффективности силовой установки, увеличение срока службы батарей и повышение безопасности. Компания Harwin тесно сотрудничает со многими ведущими мировыми производителями электромобилей, предоставляя им необходимые разъемы, позволяющие их силовым агрегатам достигать максимально возможного уровня производительности. Благодаря постоянно развивающейся технологии межсоединений и инновационным усовершенствованиям, следующее поколение электромобилей будет еще лучше подготовлено к удовлетворению рыночных ожиданий.
Автор: Джорджо Потенца, директор по развитию бизнеса в регионе EMEA - Harwin
