Как устроен электромобиль?

В этом тексте я попробовал сфантазировать, как мог бы быть устроен абстрактный электромобиль. Что у него должно быть внутри и как агрегаты автомобиля соединено в единую систему между собой? Иначе говоря, какова архитектура электромобиля?

Инфу пришлось добывать из видеоуроков на YouTube и с флаеров сайтов производителей электро-деталей.

Попробуем понять, какой путь проходит электричество начиная от зарядной розетки заканчивая колесами автомобиля.

Когда речь идет об архитектуре чего-лило, то тут есть 2 способа представления. Либо объяснять всё словами либо рисовать картинку. В этом вопросе я предпочитаю следовать английской пословицы

Картинка стоит тысячи слов

Поэтому я скомпоновал схему анатомии электромобиля.

Итак, вот схема электромобиля так как я её себе представляю. Понятное дело, что схему надо рассматривать не на листочке A4, а в специальном редакторе векторной графики с увеличением и со слоями. Если кому-то нужен исходник схемы в *.svg, то пишите в личку.

Каждый агрегат электрокара: контроллер зарядки, BMS, инвертор, ABS, ESP, BCU, это, в сущности, устройства на микроконтроллерах. В электромобиле нет ничего механического кроме редуктора на оси двигателя. А мощные процессоры там максимум только в HMI для проигрывания видео. Видимо поэтому электромобили долгое время не появлялись так как до 1980х не было элементной базы для управления ключами инверторов. Я имею в виду мощные и дешевые микроконтроллеры.

Теперь посмотрим под увеличением конкретные места схемы.

Контроллер заряда

Как известно, есть быстрая зарядка постоянным током, а есть медленная от переменного тока. Подозреваю, что выбор режима зарядки происходит по интерфейсу передачи данных по проводам питания PLC или по CAN.

Батарея

Батарея для электрического автомобиля это сотни последовательно соединенных аккумуляторных батареек как в фонариках по 3.7....4,2V каждая. За состоянием всей батарей следит отдельная электронная плата называемая Battery Management System (BMS). Она следить за напряжением, током, температурой, заботится об охлаждении и нагревании батареи, может разрядить перезаряженную батарею, договориться с зарядной станцией по PLC или CAN и прочее.

Инвертор (Inverter)

Инвертор это по сути переходник постоянного тока в переменных ток (и обратно). Он вырабатывает модулированный трехфазный синусоидальный ток необходимый для вращения мотора. Этим занимается прошивка-spiner в микроконтроллере инвертора. Так как в инверторе очень часто переключаются силовые IGBT транзисторы, то инвертор также может работать в режиме нагревателя и нагревать остывающую батарею.
К контроллеру инвертора подключена педаль газа. Если все CAN устройства зависнут, то автомобиль хоть как-то сможет ездить.

Двигатель

Для вращения в электромобилях используют асинхронный электродвигатель. Он работает от переменного тока. Угловая скорость определяется частотой синусов в фазах тех трех силовых оранжевых проводах, что подключены к индукционному мотору. Обычно рядом с мотором прямо на его оси прикреплен механический редуктор. Редуктор нужен для увеличения крутящего момента на колесах. Также на оси электродвигателя есть датчик положения вала (Резольвер или СКВТ). Он сообщает инвертору, что двигатель в самом деле вертится.

Интерфейс управления (HMI)

За автомобилем надо как-то наблюдать. Для этого есть приборная панель и сенсорный экран. Эти приборы берут инфу из CAN шины и 100Base-T1 интерфейса. Часто есть мобильное приложение и за параметрами можно следить по BlueTooth LE. Можно вообще подключиться к CAN и посмотреть какие там циркулируют пакеты в Win приложении.

Рулевая рейка

Понятное дело что для поворота колес нужен высокий момент и малые скорости. Как известно высоким моментном на малых скоростях обладают шаговые двигатели. Но их там нет. Ведь шаговые двигатели тяжелые и дорогие. В электро-усилитель руля ставят BLDC мотор (бесколлекторный двигатель постоянного тока). Управляет им отдельный ECU рулевой рейки.
Также возможно там есть и чисто механическое руление через планетарный редуктор. Электроника ведь может отказать, микроконтроллер зависнуть. А планетарный редуктор фактически является сумматором крутящих моментов.

Периферия

В автомобиле целая куча всяких разных мелких электроприборов: фары, замки, стеклоподъемники, дворники, люки. Для управления ими ставят отдельные контроллеры. Обычно их называют Body Control Units (BCU).

В основном всё блоки соединены такими интерфейсами как CAN, LIN, K-LIne, 100Base-T1, A2B, FPD-Link, MOST, FlexRay.

Вот реестр с подборкой тех самых видеоуроков на основе которых я нарисовал эту схему

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1HzHsyG8cG1KPZ-hdft00t4bIOhEh8uNdQpHdTqr6orQ/edit#gid=0

Вывод

По сравнению с двигателями внутреннего сгорания в электромобиле деталей мало. Всё выглядит просто. Допускаю, что в настоящих электромобилях всё несколько сложнее. Особенно в гиперкарах по 2M EUR.

Тут же нет ADAS, парковочных видеокамер. Также я не отражал на схема автомобильные игрушки как мультимедиа системы на задних сиденьях, имитация рычащего мотора из бутафорской выхлопной трубы, сервопривод антикрыла, подогрев стаканчиков, моторы открытия люков, авто лебётки и пр.

Если вам есть, что добавить, то пишите в комментариях.

В автомобильной технике как нигде очень много акронимов. Вот небольшой словарь для понимания автомобильных схем.

Links

https://www.youtube.com/watch?v=QfYKmYewKac
https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/dvigatel-elektromobilya
https://bigmantova.com/electric-vehicle-block-diagram
https://www.rimac-technology.com/en/product-categories/battery-technology
https://www.koenigsegg.com/inverters
https://elements.arrival.com
https://habr.com/ru/company/leader-id/blog/544078/
https://habr.com/ru/post/552888/
https://habr.com/ru/post/551750/
https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/371749/
https://habr.com/ru/company/itelma/blog/508178/
https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/389793/