وحدة التحكم في محرك المركبة الكهربائية PUMBAA (MCU) PMC20A

(1) وظيفة تحويل الطاقة. تحقيق استعادة طاقة الكبح لتحسين مدى السيارة؛

(2) وظيفة تنفيذ عزم الدوران. يقوم المتحكم بإرسال قيم عزم دوران سالبة إلى وحدة التحكم في المحرك لتقليل هدر الطاقة؛

(3) وظيفة التفريغ النشط. سيؤدي التفريغ الذاتي للمكثف ذي السعة الكبيرة لفترة طويلة إلى مخاطر السلامة المتعلقة بالجهد العالي؛

(4) وظيفة الحماية والسلامة. نظام المحرك مزود بوظائف الكشف عن الأعطال، والتذكير بالأعطال، ومعالجة الأعطال، وغيرها من وظائف الحماية والسلامة؛

(5) وظيفة اتصال شبكة CAN عالية السرعة. تحقيق فعال لوحدة التحكم في المحرك الكهربائي واستراتيجية وظائف المركبة بأكملها، والتحكم في التشغيل الآمن والموثوق لنظام المحرك لضمان التشغيل الآمن للمركبة.

في مركبات الطاقة الجديدة، تُعد وحدة التحكم بالمحرك (MCU)، والمعروفة أيضًا باسم "العاكس" أو "نظام التحكم الكهربائي"، أحد المكونات الأساسية الثلاثة (البطارية، والمحرك، ونظام التحكم الكهربائي). ويؤثر أداؤها بشكل مباشر على تجربة قيادة المركبة، واستهلاكها للطاقة، وموثوقيتها. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تحويل تيار التيار المستمر عالي الجهد الخارج من بطارية الطاقة بدقة إلى تيار متردد ثلاثي الأطوار (AC) اللازم لتشغيل محرك القيادة. كما تقوم بضبط سرعة المحرك وعزمه بناءً على أوامر من وحدة التحكم بالمركبة (VCU)، وبالتالي التحكم في تسارع المركبة، وتباطئها، وتشغيلها بسرعة ثابتة. ويمكن تلخيص مبدأ عملها في أربع عمليات أساسية: "استقبال الإشارة - تحويل الطاقة - تشغيل المحرك - تغذية الحالة".

1. استقبال الإشارة: استقبال أوامر التحكم بالمركبة

أثناء تشغيل المركبة، تُرسل مدخلات السائق (مثل وضع دواسة الوقود) أولاً إلى وحدة التحكم في المركبة (VCU). تقوم وحدة التحكم في المركبة بحساب عزم الدوران/السرعة المستهدفة للمحرك بناءً على معايير مثل فتحة دواسة الوقود، وسرعة المركبة، وحالة شحن البطارية، ووضع ناقل الحركة. ثم ترسل هذا الأمر إلى وحدة التحكم الدقيقة (MCU) عبر ناقل شبكة منطقة التحكم (CAN).

2. تحويل الطاقة: تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد

تُخرج بطارية الطاقة تيارًا مستمرًا عالي الجهد (عادةً من 300 إلى 800 فولت)، بينما تتطلب محركات قيادة المركبات الكهربائية (وخاصةً المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم) تيارًا مترددًا ثلاثي الأطوار للتشغيل. يتم هذا التحويل بواسطة "دائرة العاكس" في وحدة التحكم الدقيقة، والتي تتمحور حول "دائرة عاكس جسرية ثلاثية الأطوار" تتكون من ستة ترانزستورات ثنائية القطب ذات بوابة معزولة (IGBT) - اثنان لكل طور (ذراعا الجسر العلوي والسفلي). يعمل كل ترانزستور IGBT كمفتاح قابل للتحكم. تُخرج شريحة التحكم الرئيسية في وحدة التحكم الدقيقة إشارات تعديل عرض النبضة (PWM) لتنظيم توقيت التشغيل/الإيقاف ودورة التشغيل للترانزستورات الستة بدقة. على سبيل المثال، يؤدي تشغيل ذراع الجسر العلوي IGBT للمرحلة A مع إيقاف تشغيل ذراع الجسر السفلي، وتشغيل ذراع الجسر السفلي IGBT للمرحلة B مع إيقاف تشغيل ذراع الجسر العلوي، إلى تكوين حلقة تيار بين المرحلتين A وB. ومن خلال التحكم الدوري في تسلسل توصيل IGBTs في المراحل A وB وC، تقوم وحدة التحكم الدقيقة (MCU) بتوليد تيار متردد ثلاثي الأطوار قابل للتعديل (حيث يحدد التردد سرعة المحرك وتحدد السعة عزم الدوران).

(MCU)

3. تشغيل المحرك: تشغيل المحرك باستخدام التيار المتردد

يُدخل التيار المتردد ثلاثي الأطوار الناتج عن دائرة العاكس مباشرةً إلى ملفات الجزء الثابت لمحرك القيادة. يُولّد التيار المار عبر ملفات الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، يدفع الجزء الدوار للدوران بفعل القوة الكهرومغناطيسية. هذا يحوّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، تُنقل بدورها إلى العجلات عبر المخفض وعمود الدوران، مما يؤدي في النهاية إلى دفع المركبة.

4. التغذية الراجعة للحالة: التحكم ذو الحلقة المغلقة والحماية الأمنية

لا يقتصر دور وحدة التحكم الدقيقة (MCU) على إصدار الأوامر لمرة واحدة، بل تستخدم آلية تحكم ذات حلقة مغلقة تعتمد على جمع بيانات المستشعرات وتعديلها لضمان عمل المحرك بالشكل المطلوب ومنع الأعطال. تقوم مستشعرات التيار بجمع بيانات تيارات الأطوار في الوقت الفعلي، بينما تراقب مستشعرات الجهد جهد ناقل البيانات، وتتتبع مستشعرات درجة الحرارة درجات حرارة ترانزستورات IGBT والمحرك. تقارن شريحة التحكم الرئيسية بين التيار/السرعة الفعليين والتيار/السرعة المستهدفين. في حال حدوث أي انحرافات، تقوم الشريحة بتعديل إشارات PWM الخاصة بترانزستورات IGBT في الوقت الفعلي لتصحيح معلمات خرج التيار المتردد، مما يؤدي إلى استقرار عزم الدوران والسرعة. عند اكتشاف إشارات غير طبيعية (مثل زيادة التيار أو ارتفاع درجة حرارة ترانزستورات IGBT)، تقوم وحدة التحكم الدقيقة (MCU) بتفعيل إجراءات وقائية مثل تقليل طاقة الخرج، أو قطع خرج ترانزستورات IGBT، أو الإبلاغ عن الأعطال إلى وحدة التحكم بالجهد (VCU)، مما يمنع تلف المحرك أو وحدة التحكم الدقيقة (MCU) ويضمن سلامة القيادة.

(عالم مارفل السينمائي)

الخلاصة

وحدة التحكم الدقيقة (MCU) في المركبات الكهربائية الجديدة (NEV) نظام متطور يدمج إلكترونيات الطاقة، والإلكترونيات الدقيقة، ونظرية التحكم، وتقنيات إدارة الحرارة. وبصفتها عاكسًا ذكيًا، تستخدم خوارزميات حلقة مغلقة مُتحكَّم بها متجهيًا لتنظيم تبديل أشباه موصلات الطاقة (IGBTs/SiCs) بدقة، محولةً تيار البطارية المستمر إلى تيار متردد قابل للتحكم لتشغيل المحرك، مما يتيح استعادة الطاقة بكفاءة. وقد مكّنت التطورات السريعة في تكنولوجيا وحدات التحكم الدقيقة - مثل الانتقال من IGBTs إلى مواد SiC ذات كفاءة أعلى - المركبات الكهربائية الجديدة الحديثة من تحقيق أداء تسارع استثنائي، وتجربة قيادة سلسة، ومدى أطول.