ما هي الخيارات المتاحة لوحدات التحكم في المركبات الكهربائية؟

إن التحول إلى التنقل الكهربائي هو أكثر من مجرد البطاريات والمحركات؛ إنه تفاعل معقد بين الإلكترونيات المتقدمة التي تضفي الحيوية على السيارة. في قلب هذا النظام يكمن مكون يوصف غالبًا بأنه "عقل" السيارة الكهربائية: وهو تحكم السيارة الكهربائية . هذا الجهاز المهم مسؤول عن إدارة تدفق الطاقة الكهربائية من البطارية إلى المحرك، وترجمة أوامر السائق إلى حركة دقيقة. ولكن لا يتم إنشاء كافة وحدات التحكم على قدم المساواة. إن الاختيارات التي يتم إجراؤها في تصميمها وتكوينها لها تأثير مباشر على أداء السيارة وكفاءتها وشخصية القيادة. بالنسبة للمهندسين والمتحمسين والمشترين المحتملين، فإن فهم مشهد خيارات وحدات التحكم - بدءًا من تصميماتها المعمارية الأساسية وحتى قدراتها البرمجية - يوفر تقديرًا أعمق للتكنولوجيا التي تدعم مستقبل النقل.

التصميم المعماري: الأنظمة المركزية مقابل الأنظمة الموزعة

أحد الاعتبارات الأساسية في تصميم السيارة هو البنية المادية والوظيفية لنظام التحكم. وهذا يملي كيفية تنظيم وحدات التحكم المختلفة داخل السيارة.

بنية وحدة التحكم المركزية: في هذا النهج، تقوم وحدة تحكم واحدة قوية للمركبة الكهربائية أو عدد صغير من وحدات التحكم بالمجال بإدارة وظائف متعددة. على سبيل المثال، يمكن لوحدة مركزية واحدة التعامل مع كل من مجموعة نقل الحركة (المحرك وناقل الحركة) ونظام الكبح المتجدد. يمكن لهذه البنية تبسيط أحزمة الأسلاك، وتقليل العدد الإجمالي للمكونات، وربما خفض التكاليف. فهو يسمح بالمعالجة الموحدة، والتي يمكن أن تكون مفيدة للتنسيق المعقد بين الأنظمة.

بنية التحكم الموزعة: يستخدم هذا النموذج التقليدي شبكة من وحدات التحكم الإلكترونية المخصصة (ECUs)، كل منها مسؤول عن نظام فرعي محدد. في هذا الإعداد، تقوم وحدة تحكم مخصصة للمركبة الكهربائية بإدارة المحرك، بينما تتحكم وحدات التحكم الإلكترونية المنفصلة في نظام إدارة البطارية والإدارة الحرارية والشحن. يوفر هذا التصميم نمطية، مما يسهل استكشاف أخطاء المكونات الفردية وإصلاحها واستبدالها. كما أنها تتيح قدرًا أكبر من المرونة، حيث يمكن للموردين المختلفين توفير وحدات تحكم متخصصة لوظائف مختلفة.

غالبًا ما يعتمد الاختيار بين هذه البنى على فلسفة الشركة المصنعة للمركبة، والتوازن المطلوب بين التكامل والنمطية، ومدى تعقيد منصة السيارة.

إلكترونيات الطاقة وتكنولوجيا أشباه الموصلات

جوهر أي وحدة تحكم هو إلكترونيات الطاقة الخاصة بها - وهي المكونات التي تقوم فعليًا بتبديل التيارات العالية التي يتطلبها المحرك. تعد التكنولوجيا المستخدمة هنا عامل تمييز رئيسي من حيث الكفاءة والحجم والتكلفة.

الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs): لسنوات عديدة، كانت الترانزستورات ثنائية القطب المعزولة (IGBTs) بمثابة العمود الفقري لإلكترونيات الطاقة في محولات الجر، والتي تعد جزءًا أساسيًا من وحدة التحكم في السيارة الكهربائية. فهي قوية وفعالة من حيث التكلفة لتطبيقات الطاقة العالية، ومناسبة تمامًا لمستويات الجهد والتيار الموجودة في العديد من المركبات الكهربائية. إنها خيار موثوق به، خاصة في المركبات التي يتم فيها إعطاء الأولوية للأداء الأقصى على الكفاءة في جميع ظروف القيادة.

الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة من كربيد السيليكون (SiC): يجري حاليًا تحول تكنولوجي كبير مع اعتماد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة مثل كربيد السيليكون. توفر وحدات التحكم المعتمدة على SiC كفاءة أعلى، خاصة عند الأحمال الجزئية، وهو أمر شائع في القيادة اليومية داخل المدينة. ويمكن أن تعمل بترددات تحويل ودرجات حرارة أعلى، وهو ما يمكن أن يوفره جهاز التحكم في السيارة الكهربائية الأصغر حجمًا والأخف وزنًا وانخفاض مماثل في حجم أنظمة التبريد المرتبطة بها. على الرغم من أن تكلفة أولية أعلى غالبًا، إلا أن تقنية SiC يمكن أن تساهم في زيادة النطاق الإجمالي للمركبة.

نتريد الغاليوم (GaN): باعتبارها تقنية ناشئة، توفر GaN فوائد محتملة تتجاوز حتى SiC، خاصة بالنسبة للتطبيقات عالية التردد. على الرغم من أنه أكثر شيوعًا حاليًا في التطبيقات منخفضة الطاقة مثل أجهزة الشحن المدمجة، إلا أن تطوره قد يؤثر على الأجيال القادمة من وحدات التحكم في المحركات، مما يدفع حدود كثافة الطاقة وكفاءتها إلى أبعد من ذلك.

معايرة الأداء وميزات البرامج

الأجهزة ليست سوى جزء واحد من المعادلة. يحدد البرنامج والمعايرة التي يتم تشغيلها على وحدة التحكم في السيارة الكهربائية ديناميكيات قيادة السيارة وتجربة المستخدم.

أوضاع القيادة: يتم تعريف وحدات التحكم الحديثة من خلال برامجها، والتي تتيح أوضاع قيادة متعددة (على سبيل المثال، Eco، Normal، Sport). تعمل هذه الأوضاع على تغيير معلمات وحدة التحكم، وتغيير منحنى استجابة الخانق، وحد إنتاج الطاقة، وقوة الكبح المتجدد. تسمح هذه المرونة القائمة على البرمجيات لسيارة واحدة بتقديم مجموعة من خصائص القيادة.

توجيه عزم الدوران والتحكم المتقدم في الثبات: يمكن لوحدات التحكم المتطورة إدارة توصيل الطاقة ليس فقط إلى محرك واحد، ولكن بشكل فردي إلى المحركات الموجودة على العجلات اليسرى واليمنى (على سبيل المثال، على المحور الخلفي). يمكن لهذه القدرة، المعروفة باسم توجيه عزم الدوران، أن تعزز بشكل كبير التحكم والثبات من خلال تطبيق عزم الدوران بشكل فعال على عجلات معينة للمساعدة في توجيه السيارة خلال الزاوية أو الحفاظ على السيطرة.