Городские территории активно ищут решения для борьбы с ухудшением экологической ситуации и ростом уровня загрязнения воздуха. Одним из ключевых подходов к снижению загрязнения воздуха в городах является уменьшение загрязнения от транспортных средств.
В условиях роста цен на топливо, всё более популярными становятся электрические транспортные средства (ЭТС). В связи с этими обстоятельствами многие производители исследуют альтернативные виды топлива.
Электрические источники энергии могут быть более экологически чистыми, поскольку они производят меньше загрязняющих веществ. Более того, электрические транспортные средства обладают значительными преимуществами с точки зрения энергосбережения и сохранения окружающей среды. В большинстве электрических транспортных средств используются литий-ионные аккумуляторы.
Аккумуляторный блок электромобилей состоит из литий-ионных ячеек, которые часто собираются в модули и соединяются последовательно для получения необходимого напряжения.
Для безопасной эксплуатации литий-ионных аккумуляторов необходимо соблюдать определенные требования к напряжению и температуре. Если температура или напряжение падают ниже установленного уровня, то ячейка может деградировать. При превышении допустимых значений ячейка может загореться.
Стандартный литий-ионный аккумулятор ограничен диапазонами напряжения [2,50; 4,20] В и температуры [13,0; 60,0] °C. Понятие «окно безопасности ячейки» относится к набору значений, которые находятся в этих пределах.
В связи с текущими исследованиями, направленными на увеличение дальности хода электромобилей, возникает необходимость в разработке и совершенствовании систем мониторинга и управления аккумуляторами.
Система управления аккумулятором (BMS) следит за состоянием аккумуляторного блока и обеспечивает его безопасное функционирование. BMS также оценивает состояние заряда (SoC) аккумулятора.
Статус заряда аккумулятора является важным фактором для продления срока службы аккумулятора и предоставляет пользователю информацию для оценки уровня заряда или разряда.
Для правильной зарядки и разрядки аккумулятора, а следовательно, и увеличения его срока службы, одним из ключевых факторов является SoC. Кроме того, SoC показывает, какая часть максимальной потенциальной емкости аккумулятора еще доступна для зарядки.
SoC аккумулятора демонстрирует, сколько энергии аккумулятора еще доступно для работы электромобиля, аналогично тому, как топливный индикатор показывает уровень топлива в автомобиле, работающем на бензине.
Точная оценка SoC аккумулятора обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию автомобиля, предоставляя актуальные данные об энергии и емкости аккумулятора.
Литий-ионные аккумуляторы, обладающие высокой плотностью энергии, идеально подходят для задач, требующих высокой плотности энергии на протяжении всего цикла эксплуатации транспортного средства.
На сегодняшний день интересной темой исследований является Интернет вещей (IoT), который в настоящее время разрабатывается и широко используется, может быть подключен к любому электрическому устройству в нашем окружении. Это сеть физически связанных устройств, встраиваемой электроники, датчиков, актуаторов и других компонентов, которые способствуют сбору и обмену данными.
Система управления аккумулятором
Система управления аккумулятором (BMS, Battery Management System) отвечает за мониторинг и контроль работы аккумулятора, включая циклы зарядки и разрядки. Обеспечение наибольшей возможной подачи энергии на транспортное средство минимизирует риск повреждения аккумулятора и поддерживает его в хорошем состоянии.
Контрольная схема BMS отслеживает ключевые характеристики аккумулятора, такие как температура, напряжение и ток как в условиях зарядки, так и разрядки.
На основе этих измерений система вычисляет такие параметры, как мощность, состояние роботоспособности (SoH, State of Health) и состояние заряда (SoC, State of Charge), чтобы гарантировать сохранение работоспособности аккумулятора.
Поскольку данные о метриках и состоянии аккумулятора могут регистрироваться удаленно, IoT играет ключевую роль в мониторинге и управлении.
Высококачественные литий-ионные аккумуляторные блоки становятся все более популярными среди производителей электрических транспортных средств благодаря их длительному сроку службы и улучшенной плотности энергии. Однако наряду с этими преимуществами существуют и определенные недостатки.
Данные, собранные с бортовых датчиков через IoT, могут помочь в решении проблем, возникающих при отказе аккумулятора. Эти данные могут быть обработаны с помощью алгоритмов оценки производительности на базе искусственного интеллекта (ИИ, AI).
Для различных типов литий-ионных аккумуляторов могут проводиться тесты для оценки закономерностей частичной и полной зарядки и разрядки.
Информация, собранная на каждом этапе, используется для построения моделей, которые затем интегрируются с AI и разворачиваются на сервере. Электрическое транспортное средство передает на сервер важные данные с датчиков, предоставляя информацию о производительности и дальнейших шагах.
Безопасное и интеллектуальное вождение
Внедрение технологий Интернета вещей (IoT) позволяет осуществлять мониторинг транспортных средств и их ключевых компонентов в режиме реального времени. Это способствует проведению профилактического обслуживания, что повышает надежность технологии в глазах потребителей.
Благодаря устройствам IoT, встроенным в электрические транспортные средства, пользователям могут быть предложены следующие функции:
- Система может измерять абсолютные и относительные показатели производительности водителя, такие как ускорение и скорость, и предоставлять рекомендации в режиме реального времени для обеспечения более высокой эффективности. С помощью отслеживания в реальном времени, геозонирования и блокировки транспортного средства можно предотвратить кражу. Это снижает необходимость в страховании и улучшает безопасность.
- Система может отслеживать данные о производительности автомобиля, что позволит производителям электромобилей и аккумуляторов улучшать свои продукты. Критерии включают запас хода на одну зарядку, использование транспортного средства, различия в производительности, вызванные местоположением, погодными условиями и возрастом; а также изменения запаса хода на одну зарядку за определенный период.
- Система предупреждения о неисправностях и профилактическое обслуживание. Электрический автомобиль представляет собой высокотехнологичное устройство, поэтому возникновение технических проблем неизбежно. Системы предупреждения о неисправностях на основе IoT помогают вовремя оповещать водителей о неисправностях электрического транспортного средства, давая им время принять корректирующие меры. Несмотря на тщательное конструирование электромобилей, возможны случаи выхода из строя отдельных компонентов. В этом контексте важную роль могут сыграть алгоритмы ИИ и удаленные данные IoT, которые способны предсказать такие ситуации. Это помогает заблаговременно предупредить пользователей электромобиля, чтобы они могли устранить потенциальные проблемы и избежать серьезных сбоев.
- Повышение доверия пользователей к технологии приведет к улучшению пользовательского опыта. Контроль за удаленной производительностью, с учетом общих температурных и влажностных условий в различных географических районах, имеет решающее значение. Это не только ускорит решение проблем, но и обеспечит пользователям чувство комфорта и безопасности.
Данные телеметрии
Данные собираются при подключении к автомобильным датчикам с использованием телеметрической технологии на базе IoT, и они могут быстро отображаться через виджеты, отправляться в виде быстрых уведомлений и использоваться для создания автоматизированных отчетов.
Ниже описаны преимущества использования телематики для дистанционного мониторинга электрических транспортных средств.
Телематика - это совокупность технологий, которые позволяют собирать, передавать и анализировать данные из различных источников в режиме реального времени. Она объединяет информацию о транспортных средствах, дорожных условиях и поведении водителей. В автомобильной сфере телематика собирает и передает данные по беспроводной сети в режиме реального времени.
1. Информация о использовании аккумулятора
Пользователи электрических транспортных средств с телематикой могут отслеживать статистику использования аккумулятора в реальном времени.
Анализ этих данных предоставляет информацию, которая способствует увеличению срока службы аккумулятора. Кроме того, это позволяет отслеживать важные параметры, такие как напряжение, ток и температура, чтобы предотвратить отказ аккумулятора.
Путем записи и передачи данных на удаленный сервер с помощью устройства IoT, конфигурацию аккумулятора можно оптимизировать для улучшения методов зарядки.
2. Отчет о зарядке
Использование телематики в электрических транспортных средствах позволяет создавать отчеты о всех сессиях зарядки, которые могли иметь место за весь срок эксплуатации автомобиля.
Отчет о зарядке содержит информацию о времени, затраченном на зарядку, местоположении зарядной станции и проценте заряда, полученном каждым автомобилем.
3. Уведомление о близлежащих зарядных станциях
Знание состояния заряда (SoC) может помочь водителю определить, когда и где зарядить электрический автомобиль. Системы мониторинга на основе телематики для электрических транспортных средств оповещают пользователя о низком уровне заряда аккумулятора, а также о расположении ближайших зарядных станций.
4. Данные о поведении водителя
Системы дистанционного мониторинга электрических транспортных средств с телематикой, помимо мониторинга и анализа данных о производительности автомобиля, уделяют внимание данным о поведении водителя.
Используя приложения на смартфонах с поддержкой IoT, телематика предоставляет менеджерам автопарков мгновенную обратную связь о изменениях в поведении водителей с целью повышения безопасности транспортных средств.
Преимущества мониторинга и управления с использованием IoT
Рассмотрим основные элементы Интернета вещей (IoT), применяемые в системе мониторинга и управления для электрических автомобилей, и различные способы, с помощью которых они улучшают общую работу электрических транспортных средств.
1. IoT и системы управления батареями
Система управления батареями (BMS) отвечает за контроль и управление работой аккумулятора. BMS помогает отслеживать цикл зарядки и разрядки батареи, обеспечивая её эффективное использование, поддерживает её роботоспособность и снижает риск повреждений.
Мониторинговая схема BMS отслеживает ключевые показатели аккумулятора, такие как температура при зарядке и разрядке, а также температура окружающей среды.
Кроме того, она оценивает основные параметры батареи, такие как мощность, уровень заряда и состояние роботоспособности, и использует эту информацию для обеспечения долгого срока службы аккумулятора.
Интернет вещей (IoT), который позволяет удаленно регистрировать данные о характеристиках и состояниях батареи, играет ключевую роль в контроле и мониторинге её жизненного цикла.
2. IoT для безопасного и интеллектуального вождения
Благодаря Интернету вещей возможно отслеживание данных в реальном времени о транспортных средствах и их ключевых компонентах. Это повышает уверенность пользователей в технологии, предоставляя им важную информацию.
Пользователи электрических транспортных средств могут получать следующую информацию через устройства IoT, интегрированные с такими автомобилями:
- IoT помогает отслеживать производительность водителя и ключевые показатели, такие как скорость, ускорение и температура автомобиля, предлагая рекомендации в режиме реального времени для улучшения работы. Отслеживание в реальном времени, геозонирование и блокировка транспортного средства могут помочь предотвратить угон. IoT повышает уровень безопасности и снижает необходимость в страховании.
- IoT будет отслеживать информацию о производительности автомобиля, что позволит производителям электрических транспортных средств и аккумуляторов улучшать свои продукты. Данные IoT включают в себя диапазон пробега на одной зарядке, жизненный цикл батареи, использование транспортного средства, различия в производительности в зависимости от местоположения, погодных условий и возраста, а также изменения в пробеге на одной зарядке со временем.
3. Предотвращение кражи
Электрические автомобили в настоящее время дороже, чем традиционные автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями. Из-за высокой стоимости батарей, особенно у двухколесных транспортных средств, они более подвержены кражам, и IoT может помочь в более точном отслеживании. Поскольку 40% от общей стоимости электрических транспортных средств составляет стоимость батареи, важно обеспечить её защиту от кражи.
Компании, предоставляющие услуги по требованию, используют электрические транспортные средства для различных сервисов доставки, включая доставку еды, грузов, совместное использование велосипедов и гиперлокальные доставки.
В таких условиях IoT может использоваться для отслеживания электрических транспортных средств в реальном времени в случае их кражи. Эти устройства IoT также могут подавать сигнал тревоги и оповещать владельца о краже.
4. Обнаружение аварий
Большинство устройств IoT оснащены встроенными акселерометрами, которые могут измерять ускорение и угол наклона автомобиля. Благодаря этому IoT может быстро выявлять резкие изменения в ускорении и угле наклона транспортного средства, оповещая владельца о возможном падении или аварии. Это также отличный способ предупреждения о серьёзных происшествиях.
5. Упрощение аренды аккумуляторов
Одним из важнейших элементов для компаний, занимающихся обменом и арендой аккумуляторов, является отслеживание местоположения батарей. В станциях обмена аккумуляторов легко отслеживать и контролировать их перемещение. IoT может сыграть значительную роль в отслеживании батарей, а также в предотвращении их кражи.
Андрей Повный