מרכיבי מפתח של רכבי אנרגיה חדשים (מהדורת פופולאריזציה של המדע)

 

בהשוואה לרכבי בנזין מסורתיים, השינוי הגדול ביותר בארכיטקטורת הרכב הכוללת של רכבי אנרגיה חדשים טמון בארגון מחדש של מקור האנרגיה ומערכת החשמל. מנקודת מבט של מערכת החשמל, רכבי אנרגיה חדשים מורכבים בעיקר משני חלקים: מערכת חשמלית במתח נמוך- ומערכת חשמלית במתח גבוה-.

 

מערכת המתח הנמוך- מופעלת בדרך כלל על ידי סוללת עזר של 12-14V, המשרתת בעיקר את תצוגת המכשיר, מערכת התאורה, יחידת בקרת הרכב (VCU), חיישנים שונים, ממסרים, מערכת מידע בידור ומודולים נגד גניבה ואזעקה.

 

מערכת המתח הגבוה- משתמשת בחבילת הסוללות כמקור האנרגיה המרכזי שלה, האחראית על אספקת החשמל למערכת מנוע ההנעה, מדחס מיזוג האוויר במתח גבוה-, מערכת החימום החשמלית PTC ומודול ניהול המתח הגבוה- של הרכב. זה חיוני לתפוקת הכוח של רכבי אנרגיה חדשים.

 

מנקודת מבט טכנית של הגדרה, רכבי אנרגיה חדשים כוללים בעיקר שלושה סוגים:
* כלי רכב חשמליים טהורים, המונעים כולו על ידי מנוע חשמלי, כאשר מקור הכוח הוא מערכת אחסון אנרגיה נטענת על הסיפון;
* רכבים חשמליים היברידיים, שיכולים לנצל גם דלק וגם חשמל כמקורות כוח;
* רכבים חשמליים תאי דלק, המספקים חשמל באמצעות מערכת תאי דלק לבד או בשילוב עם מערכת אגירת אנרגיה.

 

 

1. זיהוי מתח גבוה- וסימוני בטיחות

כל רכיבי המתח הגבוה- ברכבי האנרגיה החדשים נושאים סימני אזהרת מתח גבוה- ברורים כדי להתריע בפני צוות התחזוקה והתפעול על הסיכון להתחשמלות. בשל האורך הארוך והנתיבים המורכבים של כבלי חיבור למתח גבוה-, זיהוי חזותי באמצעות תוויות אזהרה בלבד אינו מספיק. לכן, התעשייה מאמצת בדרך כלל כבלים ומחברים במתח גבוה-כתומים כשיטת זיהוי בטיחותית חובה.

 

 

1. מיקום פונקציונלי של כבלי חיבור-במתח גבוה

ערכת הסוללה החשמלית מספקת בדרך כלל חשמל למערכת המתח הגבוה-של הרכב באמצעות פסי מתח גבוה- חיוביים ושליליים. לאחר מכן, האנרגיה החשמלית מופצת באמצעות מערכת חלוקת הכוח במתח גבוה- לרכיבי ליבה כגון בקר המנוע, מנוע ההנעה, מדחס מיזוג האוויר והתקן חימום PTC.

 

בנתיב העברת האנרגיה הזה, כבלי חיבור למתח גבוה- נושאים באחריות לשדר בבטחה מתח גבוה וזרם גבוה. העיצוב שלהם חייב לעמוד במספר תקנים, כולל עמידות בחום, עמידות בפני שחיקה, בידוד ורמות הגנה.

 

באזור-הספק גבוה, מערכת פסי המסילה הופכת לנשא קריטי. מערכת המתח הגבוה- משתמשת בדרך כלל בפס נחושת או פס נחושת חשמלי כמבנה המוליך העיקרי כדי להשיג שידור זרם יציב, נמוך-אובד גבוה-.

 

בתוך ערכת הסוללות,-יחידת חלוקת החשמל במתח גבוה ומערכת בקרת המנוע, סרגל מתח גבוה ו- Power BusBar מפחיתים ביעילות את הפסדי הקו ומשפרים את שילוב המערכת.

 

 

מחברי-מתח גבוה הם בין הרכיבים בעלי הסיכון הבטיחותי הגבוה ביותר במערכות-מתח גבוה, אך הם גם אחד ההכרחיים ביותר. תפקידם העיקרי הוא לא רק להשלים את חיבור החשמל, אלא גם להחזיק במנגנוני בטיחות כגון אנטי-החדרה שגויה, נגד-התרופפות ונעילת מתח גבוה-.

 

בתכנון הנדסי, מחברי מתח גבוה- משמשים בדרך כלל בשילוב עם מעגלי נעילת מתח גבוה-. אם החיבור לא תקין או הוכנס בצורה לא נכונה, מערכת המתח הגבוה-של הרכב לא תופעל.

 

בפעולה בפועל, מחברי מתח גבוה- חייבים לעקוב אחר רצף הכנסה/הסרה ותהליך אישור קפדניים כדי להבטיח שהמערכת במצב בטוח.

 

 

לפני תיקון או החלפה של רכיבי מתח גבוה- ברכב, יש לנתק את מערכת המתח הגבוה- באמצעות הליך כיבוי- סטנדרטי. מתג השירות של-מתח גבוה, כהתקן בטיחות חובה, מבודד פיזית את סוללת החשמל ממעגל-המתח הגבוה, מבטיח שהמערכת נכנסת למצב-חופשי במתח ומספק הבטחת בטיחות לפעולות הבאות.

 

 

מערכת סוללות החשמל היא ליבת האנרגיה של רכבי אנרגיה חדשים, ממלאת תפקיד דומה למיכל הדלק ברכבי בנזין מסורתיים, אך עם מורכבות טכנולוגית ודרישות בטיחות גדולות בהרבה.

 

ערכת סוללות כוח מורכבת בדרך כלל ממודולי סוללה, מערכת רכישת מידע על סוללה, יחידת ניהול סוללות (BMU), קופסת בטיחות במתח גבוה- ומארז מבני.

 

מארז הסוללה מותקן בחלק התחתון של גוף הרכב וצריך להיות בעל חוזק גבוה, עמידות בפני פגיעות ועמידות בפני אבק ומים, עם דירוג הגנה המגיע בדרך כלל ל-IP67.

 

במבנה חיבור הסוללה הפנימי, פסי נחושת מוצקים ו-Bus Bar Electric נמצאים בשימוש נרחב עבור חיבורי זרם גבוהים- בין תאים ומודולים בודדים, מה שמבטיח עקביות מוליכות טובה ויציבות תרמית של מערכת הסוללה.

 

 

מערכת ניהול הסוללה היא מערכת בקרת הליבה לניהול הבטיחות ותוחלת החיים של סוללת החשמל. הפונקציות העיקריות שלו כוללות ניטור מתח, זרם וטמפרטורה; הערכת SOC/SOH; בקרת טעינה ופריקה; ניהול תרמי; ואבחון תקלות.

 

ה-BMS אוסף נתונים בזמן אמת-מתאים וממודולים בודדים כדי להשיג איזון דינמי והגנה על בטיחות של מערכת הסוללות, ומתקשר עם מערכת בקרת הרכב באמצעות רשת CAN.

 

ביישומי-הספק גבוה, ה-BMS (מערכת ניהול סוללות) משלבת לעתים קרובות אנשי קשר עם זרם גבוה ומחברי זרם גבוה כדי לעמוד בדרישות של מחזורי הפעלה/כיבוי-תכופים והפעלת עומס- גבוה.

 

 

קופסת הבטיחות למתח גבוה-, המותקנת במסוף המוצא החיובי והשלילי של סוללת החשמל, היא קו ההגנה הראשון של מערכת המתח הגבוה-. מרכיבי הליבה שלו כוללים את המגע הראשי, מגע הטעינה הקדם-, חיישן הזרם ונגד הטעינה הקדם-.

 

בזמן הפעלת-הדלקה של הרכב, מערכת הטעינה המוקדמת-מטעין את קבלי המתח הגבוה-באמצעות שיטות הגבלת זרם-כדי למנוע מזרמי נחשול מיידי להשפיע על המערכת. רק לאחר שהמערכת תאשר כי מתקיימים תנאי הבטיחות, המגע הראשי ייסגר, מה שיאפשר אספקת זרם מלא.

 

 

מערכת חלוקת הכוח-במתח גבוה אחראית לחלוקה הרציונלית של אנרגיית סוללת הכוח ליחידות עומס-במתח גבוה, המשמשות כ"צומת מרכזי" של מערכת המתח הגבוה-של הרכב.

 

בתוך מבנה חלוקת הכוח, התפלגויות מתח גבוהות-מתקבלות בדרך כלל באמצעות ברים חשמליים, Bus Bar Electrics או Bus Bar Coppers כדי לעמוד בדרישות של אמינות גבוהה ונושא זרם-גבוהים.

 

עבור מערכות הנעה תלת-פאזיות, מוצג גם מבנה פס תלת פאזי כדי לשפר את ניצול המקום ויציבות המערכת.

 

 

מערכת בקרת המנוע מורכבת מממיר DC/DC ובקר מנוע, האחראים להמרת מתח גבוה-ל-נמוך ובקרת הנעה של המנוע. מודול DC/DC ממיר מתח DC במתח גבוה- לאספקת מתח- נמוכה יציב כדי להפעיל את מערכת המתח הנמוך- של הרכב.

 

מנוע ההנעה הוא בדרך כלל מנוע סינכרוני מגנט קבוע, והביצועים שלו קובעים ישירות את תפוקת הכוח של הרכב, ביצועי התאוצה ויעילות האנרגיה.

 

בין המנוע לבקר, מבנה החיבור-הזרם הגבוה מסתמך גם על מחברי פס ומערכת פסים לחיבור יעיל.

 

 

מערכת הטעינה לרכבי אנרגיה חדשים כוללת ארבע צורות: טעינה מהירה DC, טעינה איטית AC, אספקת חשמל 12V ובלימה רגנרטיבית.

 

שני נתיבי הטעינה של DC ו-AC מספקים בבטחה אנרגיה חשמלית חיצונית לסוללת החשמל באמצעות כבלי חיבור-במתח גבוה ומערכת הפסים.

 

במהלך טעינה והשבת אנרגיה, יכולות בקרת מתח Power Bar, BusBar ו-BusBar יציבות ואמינות הן חיוניות להבטחת יעילות ובטיחות המערכת.
 

 

רכבי אנרגיה חדשים משתמשים במערכות מיזוג חשמליות במתח גבוה-. הקירור מושג על ידי מדחס חשמלי, בעוד החימום מושג בעיקר באמצעות חימום חשמלי PTC.

 

מערכת זו מופעלת ישירות על ידי המצבר, ויעילות הפעולה וניהול האנרגיה שלה משפיעים ישירות על טווח הרכב.

 

 

המאפיינים הטכנולוגיים המרכזיים של רכבי אנרגיה חדשים טמונים במתח גבוה, בחשמל ובשילוב מערכות. מהסוללה וחלוקת הכוח במתח גבוה- ועד למנוע הכונן, כל רכיבי המפתח פועלים בתנאי מתח גבוה וזרם גבוה.

 

במערכת זו, מערכת הפסים ופתרונות החיבור-גבוהים ממלאים תפקיד שאין לו תחליף. בין אם זה פסים מותאמים אישית המסופקים על ידי אפס נחושתמחברי יצרן או-זרם גבוה המיועדים לתרחישי מתח גבוה-, האמינות שלהם משפיעה ישירות על בטיחות הרכב וביצועיו.

 

לכן, בתכנון, ייצור ותחזוקה של רכבי אנרגיה חדשים, הבנה עמוקה של מבנה מערכת המתח הגבוה- והתפקודים של רכיבי מפתח היא הבסיסית להבטחת בטיחות המוצר ופעולה אמינה-לטווח ארוך.