Nové technologie pro vozidla s elektrickým pohonem - vývoj a výzkum v projektech E 3 CAR a Pollux

Transkript

1 Association for European NanoElectronics ActivitieS ELEKTRONICKÝ VÝVOJ A VÝROBA V ČR Technologické inovační centrum ČKD 7. červen 2011 Praha, ČR Nanoelectronics for an Energy Efficient Electrical Car - E 3 Car Nové technologie pro vozidla s elektrickým pohonem - vývoj a výzkum v projektech E 3 CAR a Pollux Public Copyright 2011

2 Evoluce elektromobilů v Evropě Modifikovaná vozidla se spalovacím motorem Integrace regenerativních zdrojů elektrické energie Funkční integrace lehkých mechanických, a elektrických součástí Výkon a složitost Studie 1. generace 1G Elektrifikovaná vozidla Mezera na trhu 2. generace 2G Elektrická vozidla 3. generace 3G Elektricky vestavěné vozidla Počítače na kolech Rozšíření v městské dopravě

3 E 3 Car - Organizace, Domény, Inovace Inovace Energy efficient Components E3CAR 44.5 M - 11 zemí, 33 Partnerů, Evropská unie 3500 PM E3Car 8 prac. balíčků 28 Výrobních řetězců OEM, Produktově řízené Inovace ve 4 aplikačních oblastí Převodníky napětí Účinnost Teplota Distribuce energie Účinnost Teplota Flexibilita Řízení energie Dojezd Efektivita Monitorování Sensory do rušeného prostředí Fuknčnost Účinnost Teplota 22 Demonstračních řešení 3 domény elektromobilu pokrývající Energie Pohony Auxiliary Baterie, super kapacitory, prodlužovače dojezdu, rekuperace energie, připojení do sítí Měniče pro motor / generátory Zdroje energie

4 33 partnerů pokrývající výrobní řetězec Výzkum Výroba Prod. OEM Germany Austria France Italy France Germany

5 Zapojení VUT v jednotlivých pracovních balíčcích WP1 WP2 WP3 WP4 WP5 WP7 VUT Definice cílových parametrů architektury elektroniky a elektrických komponent. Specifikace a analýza požadavků výkonových součástí a elektronických modulů. Vývoj a výzkum technologií součástek HV CMOS. Vývoj napěťových měničů, elektronických modulů a inteligentního monitorovacího systému. Realizace a integrace výkonových měničů a inteligentního monitorovacího systému. Publikace a využití výstupů projektu.

6 Dodavatelský řetězec SC7 Dodavatelský řetězec 7 Trakční DC-AC měniče založené na SiC součástkách VUT DC/AC modul měniče založený na CSIC-CNM SiC čipech s TNI-UCC pouzdřením Partneři: VUT, CSIC-CNM, TNI-UCC

7 Dodavatelský řetězec SC7 Demonstrační výstup SC7: Pro demonstraci měniče budou použity nejnovější SiC součástky od CSIC-CNM (pouzdřené v TNI-UCC) Demonstrace na systémové úrovni výkon měniče závisí na parametrech vyvíjených SiC součástek Netradiční koncepce výkonové části potlačení efektu mrtvé doby (deadtime) minimalizace zvlnění výstupního napětí Vysoká spínací frekvence minimalizace šumu výstupu měniče malé rozměry výstupního LC filtru vysoký výkon výstupní části ochrana efektu rychlé saturace - nežádoucí kmity a oscilace Partneři: VUT, CSIC-CNM, TNI-UCC Moduly vyvíjeného SiC DC/AC trakčního měniče

8 Dodavatelský řetězec SC8 Dodavatelský řetězec 8 DC-DC bateriový měnič založený na SiC součástkách DC/DC nabíjecí modul vyvinut pro použití v inteligentních nabíjecích sítích (e-grid) založený na SiC součástkách (CSIC-CNM SiC čipy pouzdřené v TNI- UCC) Partneři: VUT, CSIC-CNM, TNI-UCC

9 Dodavatelský řetězec SC8 Demonstrační výstup SC8: Nabíječka trakčních baterií využívající DC/DC měnič se SiC a Cool-MOS tranzistory, modulární koncepce (moduly po 16kW) Demonstrace na systémové úrovni (testovací pracoviště VUT) U DC 2 U DC = 600V i 2A SiC diode IDH15S120 INFINEON I LA Budič a řídicí jednotka pro 16 kw modul (vyvinuto na VUT) U DC 2 Partneři: VUT, CSIC-CNM, TNI-UCC Schéma výkonové části nabíjecího modulu (DC/DC měnič) i 2B I LB COOL-MOS 3xparallel SPW47N60CFD INFINEON U OUT = 160V I OUT = 100A

10 Dodavatelský řetězec SC8 Demonstrační výstup SC8 Partneři: VUT, CSIC-CNM, TNI-UCC

11 Sensorická síť s CAN sběrnicí Vlastnosti a funkce Snadné vytvoření velké a rychlé senzorické sítě 1Mbit komunikační rychlost Velké množství připojitelných senzorů (až do 4094 v jedné síti) Založeno na standardizované automobilové sběrnici CAN Snadná integrace vytvořeného řešení do různých automatizačních prostředí Podpora různých typů komunikačních rozhraní UART SPI I 2 C Podpora dvou základních napájecích úrovní senzorů 5V 3.3V Prioritní komunikační systém (nejdůležitější mají nejvyšší prioritu)

12 Aplikace senzorické sítě Řízení senzorů pro snímání důležitých parametrů elektrických vozidel (proud, napětí baterií atd.): Vyhodnocování a testování proudových snímačů : rozdílná výstupní rozhraní, napájení a logické úrovně. (E 3 Car) Komunikační rozhraní senzoru Komunikační kanál 1 Řídicí jednotka #1 Komunikační kanál 2 UART/SPI/I2C/analog Sdílený konektor CAN Řídicí jednotky #2 - #29 UART/SPI/I2C/analog Sdílený konektor Komunikační rozhraní senzoru CAN Komunikační rozhraní senzoru Komunikační kanál 1 Řídicí jednotka #30 Komunikační kanál 2 UART/SPI/I2C/analog Sdílený konektor CAN UART/SPI/I2C/analog Sdílený konektor Komunikační rozhraní senzoru CAN na USB převodník USB

13 Architektura Vytvořeny komunikační vrstvy dle ISO/OSI modelu Přidány síťová a transportní vrstva Vytvořen speciální komunikační protokol Host Vrstvy Libovolná délka datového paketu až do 48 bytů QoS, kontrola chyb Datové jednotky Data Segmenty Vrstva OSI Model Funkce 7. Aplikační Meziaplikační komunikace 6. Prezentační Prezentace dat, šifrování, převod a zpracování dat 5. Relační Relace a udržení komunikace 4. Transportní Vícebodové spojení, důvěryhodnost. Řízení toku Média Pakety 3. Síťová Určení trasy a logické adresy Vrstvy ISO/OSI model 2. Datová Rámce Fyzické adresování komunikační Bit 1. Fyzická Média, signálový a bitový přenos Aplikační Prezentační Relační Transportní Síťová Datová komunikační Fyzická CAN 2.0 Aplikační Prezentační Relační Transportní Síťová Datová komunikační Fyzická Modifikovaná CAN Přímé adresování senzorů Hromadné zprávy všem připojeným senzorům komunikační rozhraní jsou galvanicky odděleny Navrženo pro teplotní rozsah -40 / +125 C

14 Realizace Aktuálně vyvíjené snímače pro elektromobily v projektu E 3 CAR Proudový senzor firmy Tyndall Proudový rozsah A Rozhraní - analogové, Výstupní napětí -5 to +5V, 2 kanály, Snímací princip magnetický s vysokým rozlišením. Proudový senzor firmy AMS Proudový rozsah A Rozhraní digitální, SPI, Snímací princip proudový bočník s vestavěným 2 x 16 bit ADC, snímá i napájecí napětí a teplotu. Proudové senzory firmy ST Microsystem Senzor 1 Proudový rozsah +- 1,5A Rozhraní analogové, rozsah výstupních napětí definován individuálně pro každou osu, Snímací princip víceosý magnetický senzor. Senzor 2 Proudový rozsah +- 20A Rozhraní analogové, rozsah výstupních napětí definován individuálně pro každou osu, Snímací princip víceosý magnetický senzor. Vti / VTT / Okmetic inerciální snímače proudu SPI komunikační rozhraní. Ve vývoji. Všechny tyto senzory mohou být testovány a vyhodnocovány prostřednictvím senzorické sítě s CAN sběrnicí. Vytvořený systém je připraven pro testování 20 sensorů

15 Zapojení VUT do dílčích výsledků SC # 5 Řízení motorů Specifikace, výzkum a vývoj více jádrových mikrokontrolérů. SC # 6 Bezdrátové komunikační sítě Iimplementace bezdrátové komunikace, návrh a vývoj programového vybavení pro bezdrátovou komunikace. SC # 11A, B Vzdálená správa a monitoring

16 SC # 6 Bezdrátové komunikační sítě Komunikace založena na RF čipech IFAT

17 SC # 11 Vzdálená správa a monitorování Návrh a vývoj zobrazovací jednotky pro vzdálenou správu a monitorování s možností bezdrátové komunikace

18 EVs Životní způsob Nový životní styl Enjoy Life! Emise -> Elektrická vozidla vs. konvenční spalování: CO: -99%, HC: -97%, NOx: -92%, CO 2 : -50%