Verdák, Motorosport, Tech

Mit mond a telemetria: mennyi kraft van még az akkuban?

17. MX5-ből villamos hajtású autó

2018. augusztus 10. - kazykazy

Bármilyen járműről is legyen szó, a hatótávolság egy kulcsfontosságú információ. Minden gépjármű-tulajdonos valószínűleg tudja, hogy az aktuális üzemanyag mennyiség még körülbelül mekkora távolság megtételére elegendő. Hosszabb utazás során ezen információ alapján tudjuk felmérni, hogy mikor és hol érdemes tankolni.

Elektromos járműveknél sincs ez másként, azonban az akkumulátor töltöttségi szintjét sokkal nehezebben lehet megbecsülni.

Hatótávolság

Általában minden (nem kötött pályás) jármű rendelkezik valamilyen energiatárolóval (üzemanyagtartály, akkumulátor, gáztartály, stb.), melyből energiát vételez és azt valamilyen úton-módon a jármű mozgatására használja fel. Ha tudjuk az 1km megtételéhez szükséges energiamennyiséget és ismerjük az energiatárolóban levő energiát, akkor egy egyszerű osztás segítségével megkaphatjuk, hogy hány kilométer utat tehetünk még meg.

Általában nem egyszerű feladat megbecsülni, hogy 1km megtételéhez mennyi energiára van szükség. Dugóban közlekedni belső égésű motoros járművel nyilvánvalóan több energiára van szükség, ugyanis a motor alapjárata miatt akkor is fogyaszt, amikor a jármű maga nem mozog. Hasonlóan, nagy sebességgel utazni sokkal több energiára van szükség, hiszen a légellenállás miatt veszteség lép fél, a szükséges energia a sebesség köbével arányos. A sok változó paraméter miatt ezért érdemes valahogyan mérni az aktuális energiaáramlást és a megtett kilométereket, majd ezen információk alapján valamilyen statisztikai alapon becsülni.

Az energiatároló aktuális energiaszintjének mérése a tárolt energia formájától függően lehet bonyolult vagy egyszerű.

Folyadékok, gázok

Benzin/gázolaj hajtóanyag esetén tudnunk kell a tartály teljes űrtartalmát és valahogyan mérnünk kell a folyadék szintjét. Ezt általában valamilyen úszós elektromechanikai berendezés végzi el, a folyadékszintet egy feszültségjel hordozza. Nyilvánvalóan, ha a tartály nem hasáb alakú, akkor a folyadékszint-folyadék űrtartalom kapcsolat nem lineáris (félig jelzés nem feltétlenül jelenti azt, hogy a maximumhoz képest fele annyi folyadék van a tartályban). Ilyen esetben kalibrációra lehet szükség (ha tökéletes információt szeretnénk a tényleges folyadék literszámról). Szintén gond lehet a becsléssel, ha a jármű nem vízszintesen áll. További gond lehet a folyadék lötykölődése menet közben, amely ellen valamiféle átlagolással lehet jól védekezni.

Gáztartályok esetén a hőmérséklet, nyomás, gáz típusa és a térfogat ismeretében a gázmennyiség jól becsülhető.

Akkumulátorok

Villamos járművekben az akkumulátor kapacitását és aktuális töltöttségi szintjét kell meghatározni a becslés elvégzéséhez. A kapacitás elsőre állandónak tűnhet, de ez korántsem igaz. A cellák a használatuk során veszítenek kapacitásukból, sőt a gyártósorról lekerülve sem azonos kapacitással rendelkeznek (nem beszélve a hőmérsékletfüggésről és más hatásokról). Tehát valamilyen módon képesnek kell lennünk a kapacitás mérésére. Természetesen használhatjuk a cellák adatlapján megadott értékeket kiindulási alapnak, de ha használható becslést szeretnénk, akkor a pontosítás elengedhetetlen.

Első közelítésben a kapacitást úgy lehet megmérni, hogy kisütjük az akkut, majd utána töltés közben megmérjük, hogy mennyi energiát töltöttünk bele. Ehhez szükség van arra, hogy mérjük az akku kapocsfeszültségét és a rajta átfolyó áramot. A kettő szorzata adja a pillanatnyi villamos teljesítményt (amit wattban mérünk). Az energia a teljesítmény és az eltelt idő szorzata. Mivel a teljesítmény nem állandó, ezért folyamatosan, másodpercenként többször mérünk (mintavételezünk). A két mérés között eltelt idő alatt azt feltételezzük, hogy a teljesítmény nem változott, így a két mérés között eltelt idő és a mért teljesítmény szorzata megadja a két mérés közötti becsült energiát (lehetne máshogy is közelíteni, ez egy megoldás a sok közül). A sok mérési adatpont közötti energia darabok összege pedig megadja a teljes energiát. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy amikor beérkezik egy új mérési adat, akkor a korábban tárolt energia értékhez hozzáadjuk az aktuális teljesítmény * idő energiamennyiséget.

Ha az akkumulátor cellái nincsenek kiegyenlítve, akkor a töltöttség kiegyenlítő elektronika aktiválódni fog, ami biztosan hőveszteséggel fog járni. Ez befolyásolja a kapacitásmérésünket, hiszen a töltés során több energiát kell bevinni a rendszerbe (nem csak az akkut töltjük, hanem még hőt is termelünk). Az ilyen hatásokat mindenképpen figyelembe kell venni a becslés során.

Helyes kapacitásértéken kívül még szükség van az aktuális töltöttség meghatározására. Mivel energiát már tudunk mérni, ezért viszonylag egyszerű a feladat. Tegyük fel, hogy a kapacitásmérés végére értünk, az akkut épp feltöltöttük. Fogjunk egy “memóriát” és írjuk bele a mért kapacitást (energia mértékegységben, pl. Wh). Ezután ha kifelé folyik áram az akkuból, akkor a mért energiát ki kell vonni ebből a memóriában tárolt értékből, ha az akkuba befelé folyik az áram, akkor pedig hozzá kell adni.

Az ismertetett mérési módszer korántsem tökéletes, azonban viszonylag egyszerű és olcsón megvalósítható. Egyik problémája például, hogy nem veszi figyelembe a cellák hőmérsékletét. Természetesen sok más megközelítés is létezik, sok közülük elég bonyolult elméleti alapokat igényel, ezért ezeket most nem részletezzük.

Nálunk

A mazdánkban a Junction Box (kötöző doboz, JB) végzi az akku kapacitásának és töltöttségének becslését. A rendszer lelkét egy szenzor adja, amely áramot és feszültséget is tud mérni. Emelett a mért értékekből teljesítményt számít és energiát számlál. Ezeket az értékeket CAN buszon keresztül el is küldi. Így a JB vezérlő áramkörnek “csak” a logikát kell megvalósítania, a mérést a szenzor elvégzi. A JB vezérlő az autó CAN hálózata felé elküldi a legutolsó mért kapacitás értéket illetve az aktuális töltöttségi állapotot.

1_jb_sensor.png

Telemetria

Szerettük volna a mazda saját üzemanyagszint jelzőjén megjeleníteni az akkumulátor töltöttségét, de sajnos nem egyszerű a helyzet. Az eredeti üzemanyagszint érzékelő az autó gyári BCM (Body Control Module) nevű elektronikájába van bekötve. A szenzor gyakorlatilag egy feszültségjelet ad ki magából, amit a BCM megmér. Álló helyzetben (ha már az autó nem mozog X ideig) a BCM megméri a folyadékszintet és eltárolja magában. A legközelebbi használatkor már nem a szintjelző értéke alapján fog dolgozni, hanem a motorvezérlő álltal küldött üzemanyag átfolyások alapján becsli meg a tankban lévő folyadékmennyiséget, így kikerülve a lötykölődés okozta problémákat.

Tehát hiába szimuláljuk a szintjelző által kiadott feszültségjelet, ettől függetlenül mesterségesen elő kellene állítani olyan átfolyás értékeket, amikkel pont jól jönne ki a kijelzett érték. Ezt annyira időigényesnek és bonyolultnak találtunk, hogy inkább más úton indultunk el.

Mindenképpen szerettünk volna valamiféle telemetriát az autóba, vagyis olyan diagnosztikai megoldást, amivel vezetéknélküli kapcsolaton keresztül egyszerűen fel tudjuk mérni az autó állapotát. A saját tervezésű VCU (járművezérlő) elektronikánkon helyet kapott egy WiFi modul is. A legegyszerűbb az volt, ha a VCU az összes CAN üzenetet átjátsza a WiFi hálózat broadcast címére (így mindenki megkapja, aki a hálózatra rácsatlakozik), aztán mindenki azt csinál az üzenetekkel amit akar. Semmiképp nem szerettünk volna a VCU-ra valamilyen weboldalt tölteni, hiszen az eléggé leterhelte volna az eszközt.

A CAN üzenetek értelmezésére egy Android alkalmazást készítettünk. Az Androidos eszközzel rá kell kapcsolódni a VCU WiFi hálózatára, ezután az alkalmazás elkezdi a CAN üzeneteket feldolgozni.

Az alkalmazásnak tulajdonképpen két “felülete” van. Az Overview fülön a földi halandók számára is releváns és értelmezhető adatok vannak, mint például az akku töltöttségi szintje, becsült “egészségi állapota” (a legutóbbi kapacitásmérés hogyan viszonyul a névleges kapacitáshoz), HV rendszer állapota (aktív/inaktív) és az autó hajtásrendszerének villamos szigetelésének állapota.

Az Advanced fülön további részletes információk érhetők el az egyes elektronikákról illetve a rendszer fontosabb paramétereiről (aktuális rendszerfeszültség, akkumulátor áram, cellafeszültség és hőmérséklet statisztika).

A megjelenített adatok értelmezését az olvasóra bízzuk, remélhetőleg a nevek (egy kis angoltudással) magukért beszélnek.

A bejegyzés trackback címe:

https://apexnews.blog.hu/api/trackback/id/tr6414173035

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.