Phát minh về năng lượng xử lý/chuyển mạch điều khiển một chiếc xe điện hiện đại được điều khiển bằng máy tính

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Bản sao của bóng bán dẫn đầu tiên. Phạm vi công cộng.

Con đường đến với xe điện thể rắn - Phần thứ nhất

Bước đầu tiên là kể câu chuyện cười bắt buộc về ô tô điều khiển bằng máy tính. Làm cách nào để bạn khởi động lại xe điện (EV) bị chết máy bằng phần mềm của Microsoft? Tất nhiên, bạn đóng và mở các cửa sổ!

Nhưng trò đùa này làm cho một điểm. Máy tính EV (điều khiển toàn bộ phương tiện trong trường hợp của Tesla), bộ xử lý trung tâm (CPU) và phần mềm/chương trình cơ sở liên quan cho biết cách vận hành của các thiết bị thể rắn của EV, phải giữ cho EV chạy liên tục. Máy tính đơn giản là không thể đóng băng ở tốc độ 60 dặm một giờ! Để giúp giải thích cách thức hoạt động của tính năng này, đây là phần thảo luận nhiều phân đoạn về các thiết bị “trạng thái rắn”, bao gồm (các) CPU điều khiển trung tâm và thiết bị hỗ trợ. firmware (các lệnh được nhúng trong CPU) và Phần mềm (các hướng dẫn được ghi vào máy tính có thể thay đổi khi muốn) giúp EV có thể thực hiện được.

Tất cả điều khiển trung tâm này là cần thiết và hoạt động thông qua các lệnh và phản hồi từ tất cả các thiết bị thể rắn khác để thực hiện các chức năng vận hành của EV. Một vài thao tác quan trọng là a) giữ cho bộ pin hoạt động tốt, b) khởi động, lái và dừng, và c) vận hành đèn, cần gạt nước, đèn xi nhan, còi, v.v. Bạn lấy máy khoan. Sau đó, có những chức năng phụ không quan trọng đối với an toàn tính mạng — cửa sổ chỉnh điện, khóa cửa, kiểm soát môi trường và màn hình hiển thị trạng thái phương tiện, điều hướng, giải trí, v.v. (Lưu ý: Màn hình có bộ xử lý riêng để đưa hình ảnh lên màn hình.)

Thật tốt khi ghi nhớ trong cuộc thảo luận này rằng khi ông Musk đưa ra các thiết kế, ông ấy luôn cố gắng sử dụng “tư duy nguyên tắc đầu tiên”. Thiết kế của Tesla quay trở lại những điều cơ bản lúc ban đầu, bắt đầu từ đầu. Anh ấy bỏ qua “đây là cách chúng tôi luôn làm” để hình thành những ý tưởng mới và đưa ra quyết định thiết kế/cấu hình rõ ràng.

Cũng nên nhớ rằng tư duy nguyên tắc đầu tiên là cực kỳ không công bằng đối với các nhà sản xuất xe hiện tại bởi vì họ không ngay lập tức có tư duy sang trọng theo nguyên tắc đầu tiên đó. Các nhà sản xuất này đầu tư rất lớn vào các công cụ và thiết kế hiện có. Họ phải xây dựng đội ngũ kỹ thuật máy tính cần thiết mới, thiết lập các nhà cung cấp mới và tệ nhất là họ phải tiếp tục chế tạo ô tô động cơ đốt trong (ICE) trong thời gian chờ đợi. Tất cả điều này dường như không công bằng và thậm chí còn đặt ra nhiều thách thức hơn đối với nhóm quản lý công ty xe không sở hữu bộ kỹ năng đánh giá EV “trạng thái vững chắc” mới cần thiết để vạch ra con đường tốt nhất trong tương lai EV cho công ty của họ.

Phần lớn phải tạo tiền đề để có thể tạo ra vụ mùa xe điện hiện tại. Pin đã phải phát triển vượt xa các loại pin chì và axit lâu đời đã được sử dụng để khởi động ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch kể từ khi bộ khởi động điện được phát minh, đến loạt pin dựa trên lithium giúp máy tính xách tay trở nên thiết thực, nhưng thậm chí còn vượt xa một bước họ. Công tắc trạng thái rắn (rơle) phải được hoàn thiện để kiểm soát công suất cao do pin lithium-ion mới cung cấp.

“Regency TR-1 sử dụng bóng bán dẫn NPN của Texas Instruments là đài bán dẫn được sản xuất thương mại đầu tiên trên thế giới.” Hình ảnh lịch sự của cmlee (Giấy phép CC BY-SA 3.0).

Trạng thái rắn - Bóng bán dẫn rời rạc - 101

Trước khi thuật ngữ “trạng thái rắn” ra đời, những công tắc này được gọi là bóng bán dẫn, được phát minh vào năm 1947 bởi Bell Labs ở Murray Hill, New Jersey. Một bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) được đưa vào thị trường vào năm 1950. Rất nhiều “radio bóng bán dẫn” bỏ túi vào năm 1955 đã được đưa vào thị trường (lưu ý rằng 49.95 đô la khi đó tương đương với 350.00 đô la ngày nay). Yêu cầu năng lượng thấp của các bóng bán dẫn rời rạc ba chân nhỏ này cho phép sử dụng loạt pin AA để cấp nguồn. Cho đến lúc đó, các ống chân không thủy tinh màu đỏ, phát sáng đã cung cấp công tắc cho radio và máy tính sơ khai.

Một lời ngắn gọn về chuyển đổi logic trong thế giới Đại số Boolean: Được phát triển lần đầu tiên vào năm 1874, đây là một trong những bước phát triển đầu tiên của con người dẫn đến việc tạo ra EV. Boolean xử lý hai trạng thái, đúng và sai, được ghi là 1 và 0. Vào những năm 1930, người ta phát hiện ra rằng Đại số Boolean có thể được áp dụng cho các mạch chuyển mạch. Điều này trưởng thành thành hai loại bóng bán dẫn. Chuyển đổi bóng bán dẫn đầu tiên sử dụng cổng "và" - như trong, "cái này và này” cho phép dòng điện tiếp tục chạy. Cái thứ hai là cổng “hoặc” — như trong, “cái này or cái này” cho phép dòng điện chạy qua. Ngoài ra còn có một cổng “không” mà chúng ta sẽ bỏ qua ở đây. Cho đến ngày nay, tất cả các máy tính và thiết bị điều khiển đều sử dụng các quy tắc này nhưng theo những cách tinh vi hơn và nhanh hơn.

Các máy tính thể rắn thời kỳ đầu (đầu những năm 1950) đã sử dụng các bóng bán dẫn "rời rạc" ba chân nhỏ này để thực hiện các chức năng. Chúng vẫn chiếm không gian, nhưng không nhiều bằng các ống chân không cần cả một căn phòng. Các ống chân không tạo ra rất nhiều nhiệt, vì vậy cũng cần rất nhiều điều hòa không khí. IBM đã công bố máy tính bóng bán dẫn rời rạc đầu tiên của mình vào năm 1955.

Các bóng bán dẫn đầu tiên sử dụng gecmani làm môi trường chuyển mạch. Bell Labs tình cờ phát hiện ra rằng silicon dioxide hoạt động tốt hơn. Nó cũng được học cách phân lớp vật liệu để tạo ra các bóng bán dẫn điện áp cao hơn và tốt hơn. Tiếp theo là MOS, và sau đó vào năm 1959, các bóng bán dẫn MOFSET đã được phát triển. Các bóng bán dẫn MOS đã được đưa vào máy tính gia đình đầu tiên vào những năm 1970.

Mặc dù tốt cho việc xử lý 1 và 0, nhưng các bóng bán dẫn ban đầu chỉ có thể chuyển đổi lên đến khoảng 22 volt DC. Bạn không thể bật và tắt bóng đèn 110V bằng bóng bán dẫn. Bạn phải sử dụng một rơle công tắc cơ với điện áp bóng bán dẫn 22VDC thấp để vận hành cuộn dây từ và các tiếp điểm của rơle để dẫn điện 110VAC để thắp sáng bóng đèn.

Nhiệt độ và điện áp cao hơn mà bóng bán dẫn MOFSET có thể xử lý bắt đầu xâm chiếm ngành cung cấp điện. Điều này đưa chúng ta đến những năm 1970. Có cả một bảng chữ cái bóng bán dẫn được phát triển trong những năm tiếp theo. Chúng nhanh hơn, chi phí thấp hơn, đáng tin cậy hơn và có thể xử lý điện áp cao hơn. Nhưng vẫn chưa đạt được mức cần thiết để bật và tắt pin điện áp cao, cường độ cao theo một cách khác nhau để điều khiển động cơ điện như EV.

Bước tiếp theo cần thiết cho EV là các thiết bị nhỏ hơn, nơi cần có hàng nghìn bóng bán dẫn cho logic 1 và 0. Sẽ cần đến mạch tích hợp có thể “tích hợp” hàng trăm, hàng nghìn bóng bán dẫn và nhiều hơn nữa vào các mạch tích hợp. Nhưng đó là câu chuyện của Phần thứ hai, những tiến bộ công nghệ cần thiết trên con đường xây dựng một chiếc xe điện có thể sử dụng được.

Đánh giá cao sự độc đáo của CleanTechnica? Xem xét trở thành một Thành viên, Người hỗ trợ, Kỹ thuật viên hoặc Đại sứ của CleanTechnica - hoặc một khách hàng quen trên Patreon.

quảng cáo

Bạn có mẹo cho CleanTechnica, muốn quảng cáo hoặc muốn đề xuất một vị khách cho podcast CleanTech Talk của chúng tôi? Liên hệ với chúng tôi tại đây.

Nguồn: https://cleantechnica.com/2021/10/20/the-invention-of-the-processing-switching-power-that-controls-a-modern-computer-managed-electric-vehicle/

Dấu thời gian: 20 Tháng Mười