Günümüzde elektrikli kompresörlerin mekanik parçaları üzerine kapsamlı araştırmalar bulunmaktadır ancak kompresör kontrolörünün tasarımı ve kontrolü konusunda nispeten az araştırma bulunmaktadır. Bu makale, e-kompresörlerin kontrol ilkelerini, yazılım koruma stratejilerini ve araç etkileşimi yönlerini analiz edip incelemekte ve e-kompresörlerin tasarımı, geliştirilmesi ve satış sonrası bakımı için bazı referanslar sağlamaktadır.
EV elektrikli kompresörler.
1 Kontrol Prensibi Tasarımına Genel Bakış
Elektrikli kompresör kontrolörünün tipik kontrol prensibi Şekil 1'de gösterilmektedir. Kontrolörün donanım kısmı, yüksek voltajlı güç kaynağı parçası, düşük voltajlı kontrol parçası ve yüksek voltajlı kilitleme döngüsüne ayrılabilir. Kompresör düşük voltajlı bir kontrol sinyali aldığında, IGBT yüksek voltajlı güç kaynağını açarak kompresörü çalıştıracak motoru çalıştırır.
Şekil 1. Elektrikli kompresör kontrol şematik diyagramı
1.1 Yüksek Gerilim Güç Kaynağı Parçası
HV güç kaynağı kısmı, yüksek voltaj konektörlerini, yüksek voltaj filtre devrelerini ve IGBT'leri içerir. Yüksek voltaj konnektörleri aracın kablo demetine bağlanır ve konnektör tabanı metalden yapılmıştır ve cıvatalar yoluyla kompresör mahfazasına iletilir. Konektörde bir sızıntı varsa, akım kompresör mahfazası üzerinden araca ve ardından toprağa iletilebilir.
Yüksek voltaj filtre devresi genellikle paralel olarak birden fazla filtre kapasitöründen oluşur. Ana amaçları iki yönlüdür: birincisi, kompresöre sağlanan voltajın kararlı olmasını sağlamak için veri yolu voltajındaki anormal dalgalanmaları filtrelemek, büyük voltaj dalgalanmalarının kompresöre zarar vermesini önlemek; ikincisi, güç değişimleri nedeniyle kompresör tarafından üretilen dalgalanma voltajını absorbe etmek, kompresör tarafından üretilen dalgalanmanın aracı ve diğer yüksek voltaj bileşenlerini etkilemesini önlemek.
IGBT, AC denetleyicideki çok önemli bir bileşendir. Genel olarak bir
elektrikli otomotiv ac kompresörIGBT'leri açıp kapatarak yüksek voltaj devresini kontrol eden ve motor kompresörünü çalıştıran altı IGBT'den oluşur. IGBT yüksek voltajı ilettiğinden ve sık sık geçiş yaptığından, çalışma ortamı tüm kontrol ünitesindeki en zorlu ortamdır. Yaygın IGBT arıza modları aşırı akım, aşırı voltaj ve aşırı ısınmayı içerir. IGBT'nin uygun bir sıcaklık aralığında çalışmasını sağlamak için genellikle elektrikli kompresör kontrolörüne birçok koruma mantığı eklenir.
1.2 Alçak Gerilim Kontrol Parçası
Düşük voltaj kontrol kısmı, düşük voltaj konnektörlerini, filtre devrelerini, DC-DC dönüştürücüleri, LIN/CAN iletişim devrelerini, örnekleme devrelerini ve ECU'yu içerir. Düşük voltajlı konnektörler kablo demetine bağlanarak kompresör kontrolörü için düşük voltajlı güç ve LIN/CAN sinyal iletişimi sağlar.
Filtre devresi düşük voltaj girişinin stabilitesini sağlar. DC-DC dönüştürücü, genellikle 15V regüle güç kaynağı gerektiren IGBT sürücü devresi ve genellikle 3,5V regüle güç kaynağı gerektiren örnekleme devresi gibi farklı cihazlara güç sağlamak için 12V gücü farklı voltajlara dönüştürür. LIN/CAN iletişimi, kompresör ile araç arasındaki etkileşimin kanalı olup, aracın kompresöre çeşitli komutlar göndermesine ve kompresörün gerçek durumunu araca geri bildirimde bulunmasına olanak tanır. Örnekleme devresi kompresörün çalışma voltajını, akımını, sıcaklığını ve donanım koruma devrelerini algılar.
ECU, elektrikli kompresör kontrolöründeki sinyal etkileşiminin ve iletiminin çekirdeğidir. Araçtan LIN/CAN sinyallerini alır ve kompresörün başlatma koşullarını karşılayıp karşılamadığını belirlemek için aynı anda çeşitli örnekleme devrelerinden kendi voltajını, akımını, sıcaklığını ve durumunu toplar. Koşullar karşılanırsa ECU, IGBT sürücü çipine bir başlatma sinyali göndererek IGBT'yi kompresör motorunu başlatmak üzere açılıp kapanmaya yönlendirir. ECU sürekli olarak tüm bileşenlerin çalışma durumunu izler ve bir anormallik olması durumunda kompresörü derhal durdurur ve arıza modunu araca geri bildirir.
HV kilitleme devresinin amacı, elektrikli kompresör konnektörlerinin yanlış veya kötü bağlanmasından kaynaklanan sızıntının neden olduğu kişisel güvenlik sorunlarını önlemektir. Prensip, alçak gerilim devresi üzerinden tüm yüksek ve alçak gerilim devrelerinin normal çalışmasını sağlamaktır. Yüksek gerilim bileşenleri yalnızca tüm konektörler düzgün şekilde bağlandığında normal şekilde çalışabilir. Kilitleme devresi akımı normal değeri aşarsa araç kilitleme devresi arızası bildirir ve yüksek voltaj etkinleştirilemez.
2 Yazılım Koruma Stratejileri
Yaygın arıza modlarına dayanarak
YG kompresörlerikoruma stratejileri, gücü zamanında azaltarak veya kapatarak anormal çalışma sırasında kompresörü daha fazla hasardan korumak için tasarlanmıştır. Koruma stratejileri arasında LIN/CAN iletişim koruması, sıcaklık koruması, aşırı akım koruması, aşırı gerilim koruması ve düşük sıcaklıkta ön ısıtma yer alır.
2.1 LIN/CAN İletişim Koruması
LIN/CAN iletişim koruması, belirli bir süre boyunca bit hataları, PID hataları, yanıt vermeme hataları, çerçeve hataları veya fiziksel veri yolu hataları gibi iletişim hataları meydana geldiğinde kompresörün derhal durdurulması anlamına gelir. İletişim yeniden sağlandığında kompresör normal çalışmasına devam eder.
2.2 Aşırı Sıcaklık Koruması
Aşırı sıcaklık koruması, IGBT sıcaklığı çok yüksek veya çok düşük olduğunda (ayarlanan sıcaklık aralığını aştığında) kompresörün durdurulmasını içerir. Sıcaklık ayarlanan aralığa döndükten ve durma süresi ayarlanan değeri aştıktan sonra kompresör çalışmaya devam eder. Bu koruma, IGBT hasarının kendi sıcaklık aralığı dışında çalışmasını önler.
Sensör arızası nedeniyle IGBT sıcaklığının tespit edilememesinden kaçınmak için genellikle kontrol cihazının içine iki sıcaklık sensörü yerleştirilir. ECU, sıcaklığı belirlemek için sensörlerden yüksek olan değeri kullanır ve iki sensör arasındaki mutlak değer farkı ayarlanan değeri aşarsa sıcaklık sensörü arızası bildirir.
2.3 Aşırı Akım Koruması
Aşırı akım koruması, aşırı akım nedeniyle dahili elektrikli bileşenlerin zarar görmesini önlemeyi amaçlar. Veri yolu akımı korumasını ve faz akımı korumasını içerir.
Veriyolu akımı koruması, giriş akımını belirli bir değerle sınırlar ve bu değer aşıldığında kompresör durur. Faz akımı koruması, faz akımı doğrudan kompresör yüküyle ilişkili olduğundan IGBT hasarını önler. Aşırı akım koruması aynı zamanda IGBT sıcaklığı arttıkça faz akımı limitlerini azaltmak için sıcaklık korumasıyla da bağlantılıdır ve IGBT'nin yüksek akım ve sıcaklık koşulları altında çalışmasını önleyerek hasar görmesini önler.
2.4 Aşırı Gerilim Koruması
Aşırı gerilim koruması kompresör hızını sınırlar veya voltaj çalışma aralığını aştığında kompresörü durdurur. Yüksek voltaj koruması ve düşük voltaj koruması içerir ve ayrıca 12V güç koruması ve 15V sürücü voltajı korumasına bölünmüştür.
Yüksek voltaj koruması, yüksek giriş voltajından dolayı dahili bileşenlerin hasar görmesini önler ve gücü sınırlandırır veya düşük giriş voltajında kompresörü durdurur. Piyasadaki istikrarsızlık nedeniyle, yüksek voltaj koruması, sırasıyla ms düzeyindeki ve us düzeyindeki voltaj artışlarını tespit etmek için yazılım ve donanım korumalarını birleştirir. Yüksek voltaj sensör arızasını önlemek için kontrol cihazının içine iki sensör yerleştirilmiştir, değerleri düzenli olarak karşılaştırır ve farkın ayarlanan değeri aşması durumunda kompresörü durdurur.
Aşırı voltajın tespit edilmesi üzerine kompresör sınırlı güçte çalışır ve voltaj normale dönene kadar hızı düşürür. Düşük voltaj koruması, 12V güç korumasını, voltaj ayarlanan değeri aştığında kompresörü durdurmayı ve voltaj normale döndüğünde normal çalışmaya devam etmeyi içerir. Sürücü gücü koruması, 15V sürücü voltajı ayarlanan değeri aştığında IGBT sürücü gücü koruması, gücün sınırlandırılması veya kompresörün durdurulması anlamına gelir.
2.5 Düşük Sıcaklıkta Ön Isıtma
Düşük sıcaklıkta ön ısıtma, yağın katılaşmasına neden olabilecek düşük sıcaklıktaki ortamlarda kompresörün başlatılmasını önler. ECU, kompresörü başlatmadan önce ön ısıtma dirençlerini kullanarak yağlayıcıyı önceden ısıtır ve düzgün çalışmasını sağlar.
Elektrikli kompresör kontrolörleri, çeşitli arıza modlarında kompresörün zarar görmesini önlemek için çok sayıda koruma stratejisiyle tasarlanmıştır. Etkili koruma stratejileri, elektrikli kompresörlerin tasarımında çok önemlidir ve sıkı test ve doğrulama gerektirir. Araç üreticileri, koruma stratejilerini doğrulamak için kontrolör yazılımında kapsamlı arıza teşhis kodları tasarlar.
Elektrikli Kompresör ve Araç Arasındaki 3 Etkileşim Stratejisi
Elektrikli kompresör ile araç arasında veri ve eylem etkileşimleri bulunmaktadır.
3.1 Veri Etkileşimi
Veri etkileşimi, araçtan LIN/CAN komut bilgilerinin alınmasını ve başlatma ve durdurma komutları, kompresör hız komutları, çalışma voltajı, akım değerleri, sıcaklık değerleri ve hata kodu geri bildirimi gibi kompresörün durum bilgilerinin geri bildirimini içerir.
Başlatma komutunu aldıktan sonra ECU, koşulların karşılanıp karşılanmadığını kontrol eder. Karşılanırsa kompresör çalışır; aksi halde arıza bilgisini araca bildirir.
3.2 Eylem Etkileşimi
Eylem etkileşimi, kompresörün kontrol mantığı eylemlerini ve kompresörün başlatılması ve durdurulması, kompresör hızının ayarlanması, koruma eylemleri ve önleyici eylemler dahil olmak üzere kompresörün dahili hava akışı eylemlerini içerir.
Araç bir çalıştırma komutu gönderdiğinde kompresör kontrolörü kompresörü çalıştırır. Arıza durumunda kontrolör, kompresörü durdurmak veya sınırlı güçte çalıştırmak gibi dahili koruma mantığına dayalı eylemler gerçekleştirir.
Ek olarak, elektrikli kompresörün aracın AC sistemi ile etkileşime girmesi, sıcaklık ve basınç gibi sensörlerden gelen bilgileri aracın AC kontrol ünitesine geri beslemesi ve böylece AC sisteminin en iyi şekilde çalışmasını sağlaması gerekir.
Şekil 2 Kompresör durumu geçişinin şematik diyagramı
Elektrikli değişken hızlı kompresörlerEV'lerde çok önemli bir rol oynar ve aracın AC sisteminin performansını doğrudan etkiler. Bu makale, elektrikli kompresörlerin kontrol ilkelerini, yazılım koruma stratejilerini ve araç etkileşimi yönlerini analiz edip inceliyor ve e-kompresörlerin tasarımı, geliştirilmesi ve satış sonrası bakımı için referanslar sağlıyor. EV teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, elektrikli kompresörlere yönelik kontrol stratejileri de daha karmaşık uygulama senaryolarına uyum sağlayacak şekilde gelişecektir.
