هل تواجه صعوبة في جعل وحدات البطارية التي قمت بشرائها تتواصل مع وحدة التحكم في مركبتك؟ لست وحدك.
اختيار بروتوكول الاتصال المناسب للسيارات الكهربائية هو العمود الفقري المطلق لأي مشروع تحويل إلى الكهرباء ناجح. اليوم، سأشرح لك أهم 8 بروتوكولات يجب أن تعرفها لجعل تكامل نظام إدارة البطارية، وحدة التحكم في المركبة، وشحن السيارة خاليًا من العيوب.
ما هي أهم بروتوكولات الاتصال للسيارات الكهربائية؟
تشمل بروتوكولات الاتصال الأساسية داخل المركبة وخارجها بروتوكول CAN / CAN FD للتحكم الموثوق في المكونات، والإيثرنت للبيانات عالية النطاق الترددي، وLIN للمستشعرات ذات التكلفة المنخفضة، وTSN للمزامنة الحاسمة في الوقت الحقيقي، وSAE J1939 لشبكات المركبات الثقيلة، وISO 15118 للشحن الآمن Plug & Charge، وOCPP لإدارة محطة الشحن من المكتب الخلفي، وCCS (PLC) للمصافحة بين المركبة والشاحن.
هل تريد معرفة أي بنية تتناسب مع منصتك المحددة؟ لنبدأ مباشرة.
1 CAN / CAN FD (شبكة المنطقة التحكمية / معدل البيانات المرن)
إذا كنت مهندس كهرباء أو مهندس تحكم في وحدة التحكم في المركبة، فأنت تعرف بالفعل CAN. إنه الحصان العامل الذي لا يُنافس في شبكات المركبات.
كان بروتوكول CAN 2.0 التقليدي موجودًا منذ عقود، ويعمل بسرعة تصل إلى 1 ميجابت في الثانية مع حمولة بيانات تبلغ 8 بايتات. ولكن مع تعقيد السيارات الكهربائية، أصبحت عنق الزجاجة في CAN التقليدي واضحة.
ادخل CAN FD (معدل البيانات المرن).
يزيد CAN FD من حمولة البيانات إلى 64 بايت ويدفع معدلات البيانات إلى 8 ميجابت في الثانية. هذا أمر حاسم لنظم إدارة البطارية الحديثة التي تحتاج إلى إرسال بيانات جهد الخلايا، ودرجة الحرارة، وحالة الشحن بسرعة عالية إلى وحدة التحكم في المركبة بدون ازدحام على الحافلة.
لماذا يهم الأمر: يوفر موثوقية عالية وتحمل أعطال قوي في بيئات ذات تداخل كهرومغناطيسي عالي.
المشكلة: مصنعي خلايا المستوى-1 مبنيون على حجم قياسي ضخم وسيبيعون لك وحدات خام بسعادة، لكنهم يتركونك مع صداع هندسي كبير عندما يتعلق الأمر بجعل تلك الوحدات تتواصل مع مركبتك.
إذا كنت مهندسًا رئيسيًا يقود مشروعًا، فربما تكون هذه هي المرحلة التي تتوقف عندها. كمُدمج يهتم بالهندسة أولاً،, ديناميكيات أسترايون يحول الوحدات الخام المشتراة إلى نظام طاقة معتمد بالكامل، بما في ذلك اتصالات وحدة إدارة المركبات المخصصة وهياكل إدارة البطارية الذكية.
2 إيثرنت السيارات
السيارات أصبحت بشكل أساسي مراكز بيانات متنقلة.
بينما CAN FD ممتاز للرسائل التحكمية، فإنه ببساطة لا يمكنه التعامل مع الحجم الهائل من البيانات المطلوب من قبل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، والليدار، وتحديثات البرامج الثابتة لنظام إدارة البطارية عبر الهواء (OTA).
هنا يأتي دور إيثرنت السيارات. باستخدام معايير مثل 100BASE-T1 و 1000BASE-T1، يوفر سرعة من 100 ميجابت في الثانية إلى 1 جيجابت في الثانية عبر زوج ملتوي غير محمي واحد (UTP).
تقليل الوزن: باستخدام زوج ملتوي واحد، يقلل إيثرنت السيارات بشكل كبير من وزن وتكلفة كابل الأسلاك مقارنة بالكابلات المحمية التقليدية.
معتمد على بروتوكول الإنترنت: يسمح لشبكة مركبتك باستخدام نفس بروتوكولات TCP/IP مثل الإنترنت، مما يجعل التشخيص السحابي أسهل بكثير.
3 LIN (شبكة الربط المحلي)
ليس كل مكون في مركبة كهربائية يحتاج إلى نقل بيانات بسرعة عالية وأمان شديد.
استخدام CAN FD لمحرك مقعد بسيط أو وحدة تحكم إضاءة محيطية هو مبالغ فيه ومكلف بشكل غير ضروري.
LIN هو بروتوكول شبكة تسلسلية منخفضة التكلفة ذات سلك واحد. في سياق المركبات الكهربائية، غالبًا ما يُستخدم LIN كشبكة فرعية لمحركات إدارة الحرارة غير الحرجة، صمامات التبريد، وأجهزة الاستشعار منخفضة المستوى.
فعالية من حيث التكلفة: يقلل بشكل كبير من تكاليف الأجهزة (لا حاجة لبلورة كوارتز في العقد الفرعية).
التسلسل الهرمي: يعمل بشكل صارم على بنية رئيس-عبد. عادةً ما يكون عقدة الرئيسي متصلًا بشبكة CAN الرئيسية، ويعمل كبوابة.
4 TSN (الشبكة الزمنية الحساسة)
إيثرنت القياسي ممتاز للنطاق الترددي، لكنه يعاني من عيب قاتل لمحركات السيارات الكهربائية: فهو غير حتمي.
إذا أرسل وحدة التحكم في السيارة (VCU) أمرًا حرجًا لتوجيه عزم الدوران إلى العاكسات، أو أمر إيقاف سريع لوحدة توزيع الطاقة ذات الجهد العالي (PDU) خلال حدث حراري، لا يمكنك تحمل تأخيرات عشوائية في الشبكة.
TSN هو مجموعة من معايير IEEE (مثل 802.1AS لمزامنة الوقت الدقيقة و 802.1Qbv لجدولة حركة المرور) مكدسة فوق إيثرنت.
الكمون المضمون: يضمن TSN وصول بيانات التحكم الحرجة تمامًا في الوقت المحدد لها.
مستقبل السيارات الكهربائية: مع انتقالنا نحو هياكل مركبات مركزية ونطاقية، قد يصبح TSN المعيار الذهبي لمزامنة وحدة التحكم في السيارة (VCU)، ونظام إدارة البطارية (BMS)، ووحدات تحكم المحرك.
5 SAE J1939 (المعيار الثقيل)
ملاحظة: نظرًا لأن هذا الدليل يستهدف السيارات الكهربائية الثقيلة والتجارية، فقد قمت بتضمين J1939 لأنه المعيار المطلق لهذا القطاع.
إذا كنت تبني شاحنة كهربائية أو سفينة أو معدات بناء خارج الطريق، فأنت لا تستخدم فقط CAN القياسي - بل تستخدم SAE J1939.
يعمل J1939 على ناقل CAN فعلي ولكنه يحدد مجموعة موحدة من الرسائل (PGNs و SPNs) للمكونات الثقيلة.
التوحيد القياسي: يسمح لوحدة تحكم المحرك من العلامة التجارية أ بفهم موضع دواسة الوقود المرسلة من وحدة التحكم في المركبات من العلامة التجارية ب بسهولة.
تركيز التطبيق: تتطلب الشاحنات الثقيلة ومركبات التعدين أنظمة بطاريات موثوقة للغاية وقوية.
إذا كان فريق الهندسة الخاص بك يعمل على التنقل بالبطارية للتطبيقات الصعبة، فقد يصبح التكامل معقدًا بشكل لا يصدق. مهمتنا في Astraion Dynamics هي جعل تكامل نظام البطارية أكثر عملية وجاهزية للنشر لهذه التطبيقات الواقعية الصعبة بالضبط.
6 ISO 15118 (Plug & Charge)
دعنا ننتقل من الشبكات داخل المركبات إلى الاتصال من المركبة إلى الشاحن (V2I).
ISO 15118 هو المعيار الدولي الذي يحدد الاتصال بين السيارة الكهربائية ومحطة الشحن (EVSE). جوهرته هي ميزة “التوصيل والشحن”.
كيف يعمل: عندما يقوم المستخدم بتوصيل الشاحن، تقوم السيارة الكهربائية و EVSE بالمصادقة تلقائيًا على بعضهما البعض باستخدام تشفير TLS (أمان طبقة النقل) وتبادل الشهادات الرقمية.
الفائدة: لا مزيد من تمرير بطاقات RFID أو فتح تطبيقات الهواتف الذكية غير العملية. تتم معالجة الفواتير بسلاسة في الخلفية.
الشحن الذكي: يمكّن ISO 15118 أيضًا الشحن ثنائي الاتجاه (V2G - المركبة إلى الشبكة)، مما يسمح لنظام إدارة البطارية (BMS) بإخبار الشاحن بالضبط بكمية الطاقة التي يحتاجها بناءً على درجات حرارة الخلايا في الوقت الفعلي وحالة الشحن (SoC).
7 OCPP (بروتوكول نقطة الشحن المفتوحة)
بينما يتعامل ISO 15118 مع الارتباط بين السيارة والشاحن، يتعامل OCPP مع الارتباط بين الشاحن والسحابة المركزية الخلفية.
OCPP هو في الأساس اللغة العالمية لإدارة محطات الشحن.
إدارة السحابة: يسمح لمشغلي الشواحن بمراقبة صحة الشاحن، دفع تحديثات البرنامج الثابت، إدارة الفواتير، وتوزيع الحمل الكهربائي عبر عدة شواحن.
OCPP 2.0.1: تتضمن أحدث نسخة دعمًا أصليًا لـ ISO 15118 Plug & Charge، وتحسينات في الأمان، وملفات تعريف الشحن الذكي الأفضل.
للتجار الجملة والمستوردين ومتكاملين أنظمة تخزين الطاقة (ESS) الذين يتعاملون مع نشرات طاقة واسعة النطاق، فإن ضمان دعم أجهزتك لأحدث إصدارات OCPP أمر غير قابل للتفاوض.
8 اتصال CCS (نظام الشحن المدمج)
عند وصولك إلى شاحن سريع DC، يحتاج نظام سيارتك عالي الجهد إلى التفاوض على تدفق الطاقة الضخم بأمان.
يعتمد اتصال CCS على PLC (اتصال خط الطاقة). على وجه التحديد، يحقن إشارة عالية التردد عبر دبوس Control Pilot (CP) في كابل الشحن.
السلامة أولاً: تحدد المعايير مثل DIN 70121 و IEC 61851 عملية المصافحة الأولية. إذا اكتشف نظام إدارة البطارية (BMS) خللاً حراريًا، فإن خط اتصال CCS يخبر الشاحن على الفور بقطع الطاقة.
تحدي التكامل: يُعد دمج بروتوكولات CCS مع وحدات التحكم الداخلية (PDUs) وأنظمة التبريد السائلة أمرًا صعبًا بشكل معروف. غالبًا ما تفشل مشاريع البطاريات في مرحلة التكامل بسبب عدم تطوير الأنظمة الميكانيكية، الحرارية، الكهربائية، وأنظمة التحكم كحل موحد منسق.
هذا هو السبب بالضبط في وجود ديناميكيات أسترايون نحن ندمج حاويات مصنوعة حسب الطلب باستخدام آلات CNC، ألواح تبريد سائلة دقيقة، وحدات تحكم عالية الجهد، وأنظمة تحكم ذكية في سير عمل منسق واحد.
الخاتمة
التنقل عبر شبكة بروتوكولات اتصال المركبات الكهربائية — من CAN FD في حزمة البطارية إلى ISO 15118 في محطة الشحن — معقد. تطبيق هذه البروتوكولات بشكل صحيح يضمن أن يكون نظام الدفع الخاص بك آمنًا، سريع الاستجابة، ومستعدًا للمستقبل.
لكن امتلاك البروتوكولات الصحيحة هو نصف المعركة فقط؛ دمجها في أجهزة صلبة متينة وواقعية هو المكان الذي تبدأ فيه التحديات الحقيقية.
هل أنت مستعد للقضاء على مخاطر التكامل وتسريع وقت دخول السوق؟
At ديناميكيات أسترايون, تموضع شركتنا بسيط: مركز التكامل النهائي “جلب خلاياك / وحداتك الخاصة”مركز التكامل للتطبيقات الثقيلة، البحرية، وخارج الطرق. أنت تتحكم في الكيمياء، ونحن نمتلك الهندسة.
إذا كنت مدير برنامج أو مدير بحث وتطوير يتطلع لتحويل الوحدات الخام إلى نظام طاقة متكامل، جاهز للتوصيل والتشغيل، دعنا نتحدث.
انقر هنا لجدولة مراجعة فنية لمشروع تكامل بطاريتك مع مهندسينا الرئيسيين اليوم.
