Роль IoT & AI в управлінні акумуляторами електромобілів

Хороший акумулятор дає електромобілю силу долати великі відстані без напруги. Але після оновлення за допомогою технологій наступного покоління, таких як IoT та AI, уся система обов’язково стане ще більш вдосконаленою.

Система керування батареєю (BMS) є важливою частиною електричного або автономного автомобіля. Але яке відношення мають Інтернет речей (IoT) або штучний інтелект (AI) до акумулятора? Давайте подивимось.

Термін IoT, введений у 1999 році, стосується взаємозв’язку датчиків і програмного забезпечення в мережі. Це допомагає контролювати підключені пристрої, а їх відповідні дані можна збирати та візуалізувати за допомогою інтерфейсу користувача.

Основні функції IoT:

1. Збирати. Збирайте дані з датчиків та різних інших пристроїв у домі, транспортному засобі чи на виробничому підприємстві.
2. Зв'язок. Надсилайте дані до місця призначення, наприклад у хмару, AWS, Azue або персональний центр обробки даних за допомогою шлюзу зв’язку через Wi-Fi, 4G або 5G тощо.
3. Аналіз. Збирайте корисну інформацію з необроблених даних, щоб візуалізувати, створювати звіти та робити прогнози.
4. Action. На основі аналізу зв’яжіться з іншими пристроями через протоколи «машина-машина» (M2M) або надішліть сповіщення (SMS, електронна пошта тощо) зацікавленим особам для виправлення будь-яких помилок.

Більшість людей вважають, що лише такі автомобілі, як Tesla Model S, можна класифікувати як електромобілі. Але це не так. У нас в Індії вже давно є електромобілі, наприклад електропоїзди, які також є електромобілями. Їх двигуни базуються на тяговому двигуні. Центральна частина електромобіля може бути тяговим двигуном, двигуном BLDC або асинхронним двигуном змінного струму.

Електромобілі привертають увагу завдяки таким перевагам, як:

• Набагато менша залежність від бензину, дизеля чи інших видів викопного палива
• Забезпечення середовища, вільного від забруднення та шуму
• Поставляється з переробленими літій-іонними (Li-ion) батареями
• Низькі витрати на обслуговування та експлуатацію

Основні компоненти електромобіля включають (див. рис. 2):

двигун

Це може бути асинхронний двигун змінного струму або безщітковий двигун постійного струму (BLDC). Хоча точаться масові дебати щодо того, який з них найкращий, обидва вони мають свої переваги та недоліки. Різні компанії використовують різні типи двигунів. Наприклад, Toyota використовує асинхронні двигуни змінного струму, тоді як Volkswagen віддає перевагу двигунам BLDC. Tesla Model S має асинхронний двигун змінного струму, тоді як Tesla Model 3 має двигун BLDC.

контролер

Це електронний модуль, який контролює все в автомобілі — від живлення батареї до потужності двигуна.

зарядний пристрій

Є два види зарядних пристроїв. Один схожий на зарядний пристрій для подорожей, який можна підключити до побутової електричної розетки; цей зарядний пристрій зазвичай повільний. Інший – це надшвидкісні громадські зарядні пристрої постійного струму, які встановлюються на автомагістралях, заправних станціях, мотелях тощо.

Конвертор/інвертор

Це може бути DC-DC або DC-AC, залежно від типу використовуваного двигуна (змінного або постійного струму).

акумулятор

Літій-іонні або літій-полімерні (літій-полімерні) батареї зазвичай використовуються в електромобілях через їх низькі витрати на обслуговування та високу потужність.

Конфігурація системи EV

Акумулятори електромобілів заряджаються або через бортові зарядні пристрої, вбудовані в автомобілі від мережі змінного струму, або через швидкісні зарядні пристрої, доступні на громадських зарядних станціях. Вбудована зарядка займає 7-8 годин, щоб зарядити від 0% до 100%. Але швидкі зарядні пристрої, встановлені на бензоколонках або на автомагістралях, можуть зарядити від 0% до 100% протягом 1-3 годин.

Після того, як акумулятор заряджено, інвертор перетворює постійний струм на змінний або постійний на постійний залежно від напруги або струму, необхідних двигуну.

У більшості електромобілів є рекуперативні гальма, які виробляють електроенергію під час кожного гальмування та заряджають акумулятори під час руху.

Трансмісія складається з коробки передач і пов'язаних з нею компонентів.

Більшість електромобілів мають акумулятори в базі автомобіля (з міркувань безпеки), а не в багажнику чи спереду. Якщо з акумулятором щось піде не так, або він вибухне, автомобіль і водії будуть у безпеці. Саме тут система керування акумулятором (BMS) відіграє вирішальну роль.

BMS з IoT & IoT

Тепер давайте подивимося на роль BMS в електромобілі, тобто як, інтегруючи IoT та AI в BMS, ми досягаємо ще одного технологічного прогресу.

На рис. 4 показано, як виглядає типова інтеграція BMS з IoT та AI. Кілька датчиків встановлено в BMS електромобіля для моніторингу напруги, струму, температури та акустики/вібрації. Ці параметри збираються кожну частку секунди. В інтелектуальних транспортних засобах і електромобілях використовується система периферійного інтелекту, яка зменшує залежність від хмари.

Більшість електромобілів мають вбудовані обчислювальні системи, які працюють у режимі реального часу для автоматичного виконання основних операцій, таких як стан X-оцінки, де X означає стан заряду (SOC), стан доступної потужності (SOAP) і стан Здоров'я (SOH).

Дії, вжиті технологією edge intelligence, можуть допомогти обмежити певні аномалії, наприклад максимальну температуру, шляхом зниження споживання електроенергії двигуном. Хоча це може зробити електромобіль трохи повільнішим, двигун не споживатиме надмірної енергії та не перегріватиме акумулятор. Інтелект Edge також може контролювати стан заряду, щоб максимізувати стан здоров’я.

За допомогою 4G/5G дані можна надсилати в хмару. Графічні процесори (GPU) з величезною обчислювальною потужністю можуть розраховувати цифровий стан і прогнозувати залишок терміну служби в хмарі. Якщо в BMS виникає аномалія, сповіщення надсилається на зареєстрований мобільний телефон або на будь-яку програму приладової панелі, встановлену в EV.

По суті, створюється цифровий двійник електромобіля та кожної його частини (наприклад, акумулятора, двигуна, контролера). А дані з різних датчиків аналізуються, щоб забезпечити безпеку водія, пасажира та самого автомобіля.

Деякі переваги інтеграції BMS з IoT:

• На хмарі або краю створюється дзеркальний каркас (цифровий двійник) процесів і функцій автомобіля
• Надсилає оновлення та сповіщення про технічне обслуговування з автомобіля інженерам з технічного обслуговування або власнику/компанії автомобіля, щоб вони могли керувати будь-якими вимогами до обслуговування
• Ініціює попередження системи у разі будь-якої аномалії
• Керування енергією, що зберігається в акумуляторі, і необхідною кількістю заряду (розумна зарядка)
• Оцінка SOX
• Діагностика акумулятора
• Балансування комірок
• Збір та обробка даних

Великі автомобільні компанії, такі як Tesla та MG, вже встановили різні типи датчиків у своїх автомобілях. Отже, під час заміни акумулятора ви отримуєте сповіщення про те, що акумулятор знято/встановлено в транспортному засобі. Крім того, ці батареї постачаються з електронним блоком керування (ECU), який має свої цифрові властивості та ідентифікацію.

Що стосується конфіденційності даних, не має значення, яка компанія надає акумулятор. Як правило, політика виробника автомобіля щодо обміну даними відіграє вирішальну роль. Коли автомобільна компанія ділиться даними з виробником акумуляторів, останній може оптимізувати виробництво акумуляторів відповідно до вимог і заощадити багато часу та коштів.

---

Стаття заснована на доповіді Аркума Ахмада, науковця (цифровий близнюк) Leonardo SpA, Італія, «Поєднання BMS та IoT в електромобілях», представленої на лютневому Tech World Congress 2021. Він також є співзасновником і колишній генеральний директор Antrax Labs, Індія. Статтю підготував Вінай Прабхакар Міндж, технологічний журналіст EFY.

Джерело: https://iot.electronicsforu.com/editors-choice/iot-role-ai-battery-management-electric-vehicles/