La struttura e il design di un veicolo puramente elettrico sono diversi da quelli di un veicolo tradizionale con motore a combustione interna. Si tratta anche di un'ingegneria di sistema complessa. È necessario integrare la tecnologia delle batterie, la tecnologia di azionamento del motore, la tecnologia automobilistica e la moderna teoria del controllo per ottenere un processo di controllo ottimale. Nel piano di sviluppo della scienza e della tecnologia dei veicoli elettrici, il Paese continua ad aderire al modello di ricerca e sviluppo "tre verticali e tre orizzontali", e sottolinea ulteriormente la ricerca sulle tecnologie chiave comuni del "tre orizzontali", secondo la strategia di trasformazione tecnologica della "trazione puramente elettrica", ovvero la ricerca sul motore di azionamento e il suo sistema di controllo, sulla batteria e il suo sistema di gestione e sul sistema di controllo del gruppo propulsore. Ogni grande produttore formula la propria strategia di sviluppo aziendale in base alla strategia di sviluppo nazionale.
L'autore illustra le tecnologie chiave nel processo di sviluppo di un nuovo sistema di propulsione, fornendo una base teorica e un riferimento per la progettazione, i test e la produzione del sistema. Il piano è suddiviso in tre capitoli che analizzano le tecnologie chiave della trazione elettrica nei sistemi di propulsione dei veicoli esclusivamente elettrici. Oggi, introdurremo innanzitutto il principio e la classificazione delle tecnologie di trazione elettrica.
Figura 1 Collegamenti chiave nello sviluppo del gruppo propulsore
Attualmente, le principali tecnologie dei sistemi di propulsione dei veicoli puramente elettrici includono le seguenti quattro categorie:
Figura 2 Le principali tecnologie chiave del gruppo propulsore
La definizione di sistema motore di guida
In base allo stato della batteria del veicolo e al fabbisogno energetico del veicolo, l'energia elettrica prodotta dal dispositivo di accumulo di energia di bordo viene convertita in energia meccanica. L'energia viene trasmessa alle ruote motrici attraverso il dispositivo di trasmissione, mentre parte dell'energia meccanica del veicolo viene convertita in energia elettrica e reimmessa nel dispositivo di accumulo di energia in fase di frenata. Il sistema di propulsione elettrica comprende motore, meccanismo di trasmissione, controller del motore e altri componenti. I parametri tecnici del sistema di propulsione elettrica includono principalmente potenza, coppia, velocità, tensione, rapporto di riduzione della trasmissione, capacità di alimentazione, potenza di uscita, tensione, corrente, ecc.
1) Controllore del motore
Chiamato anche inverter, converte la corrente continua in ingresso dal pacco batteria in corrente alternata. Componenti principali:
◎ IGBT: interruttore elettronico di potenza, principio: tramite il controller, il braccio a ponte IGBT viene controllato per chiudere una determinata frequenza e commutare la sequenza per generare corrente alternata trifase. Controllando la chiusura dell'interruttore elettronico di potenza, la tensione alternata può essere convertita. Quindi, la tensione CA viene generata controllando il duty cycle.
◎ Capacità del film: funzione di filtraggio; sensore di corrente: rilevamento della corrente dell'avvolgimento trifase.
2) Circuito di controllo e pilotaggio: scheda di controllo del computer, pilotaggio IGBT
Il ruolo del controller del motore è quello di convertire la corrente continua in corrente alternata, ricevere ciascun segnale e generare la potenza e la coppia corrispondenti. I componenti principali sono: interruttore elettronico di potenza, condensatore a film, sensore di corrente, circuito di controllo per aprire diversi interruttori, generare correnti in diverse direzioni e generare tensione alternata. Pertanto, possiamo suddividere la corrente alternata sinusoidale in rettangoli. L'area dei rettangoli viene convertita in una tensione con la stessa altezza. L'asse x realizza il controllo della lunghezza controllando il duty cycle e infine realizza la conversione equivalente dell'area. In questo modo, la corrente continua può essere controllata per chiudere il braccio del ponte IGBT a una certa frequenza e commutare la sequenza tramite il controller per generare corrente alternata trifase.
Attualmente, i componenti chiave del circuito di comando si basano sulle importazioni: condensatori, tubi di commutazione IGBT/MOSFET, DSP, chip elettronici e circuiti integrati, che possono essere prodotti indipendentemente ma hanno una capacità debole: circuiti speciali, sensori, connettori, che possono essere prodotti indipendentemente: alimentatori, diodi, induttori, circuiti stampati multistrato, fili isolati, radiatori.
3) Motore: converte la corrente alternata trifase in macchinari
◎ Struttura: coperchi anteriori e posteriori, gusci, alberi e cuscinetti
◎ Circuito magnetico: nucleo dello statore, nucleo del rotore
◎ Circuito: avvolgimento dello statore, conduttore del rotore
4) Dispositivo di trasmissione
Il cambio o riduttore trasforma la coppia erogata dal motore nella coppia e nella velocità richieste dall'intero veicolo.
Tipo di motore di azionamento
I motori di azionamento sono suddivisi nelle seguenti quattro categorie. Attualmente, i motori a induzione CA e i motori sincroni a magneti permanenti sono i tipi più comuni di veicoli elettrici di nuova generazione. Ci concentreremo quindi sulla tecnologia dei motori a induzione CA e dei motori sincroni a magneti permanenti.
| Motore a corrente continua | Motore a induzione CA | Motore sincrono a magnete permanente | Motore a riluttanza commutata | |
| Vantaggio | Costi inferiori, bassi requisiti del sistema di controllo | Basso costo, ampia copertura di potenza, tecnologia di controllo sviluppata, elevata affidabilità | Alta densità di potenza, alta efficienza, dimensioni ridotte | Struttura semplice, bassi requisiti del sistema di controllo |
| Svantaggio | Elevati requisiti di manutenzione, bassa velocità, bassa coppia, breve durata | Piccola area efficienteBassa densità di potenza | Costi elevati Scarsa adattabilità ambientale | Grande fluttuazione di coppia, elevato rumore di funzionamento |
| Applicazione | Piccolo o mini veicolo elettrico a bassa velocità | Veicoli commerciali elettrici e autovetture | Veicoli commerciali elettrici e autovetture | Veicolo a miscela |
1) Motore asincrono a induzione CA
Il principio di funzionamento di un motore asincrono induttivo a corrente alternata (CA) è che l'avvolgimento passa attraverso la cava dello statore e il rotore: quest'ultimo è costituito da sottili lamiere di acciaio ad alta conduttività magnetica. L'elettricità trifase passa attraverso l'avvolgimento. Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, viene generato un campo magnetico rotante, che è la causa della rotazione del rotore. Le tre bobine dello statore sono collegate a un intervallo di 120 gradi e il conduttore percorso dalla corrente genera campi magnetici attorno ad esse. Quando l'alimentazione trifase viene applicata a questa particolare configurazione, i campi magnetici cambiano in direzioni diverse al variare della corrente alternata in un istante specifico, generando un campo magnetico con intensità rotante uniforme. La velocità di rotazione del campo magnetico è chiamata velocità sincrona. Supponiamo che un conduttore chiuso sia inserito all'interno, secondo la legge di Faraday, poiché il campo magnetico è variabile. La spira percepirà la forza elettromotrice, che genererà corrente al suo interno. Questa situazione è simile a quella di un circuito percorso da corrente in un campo magnetico, che genera una forza elettromagnetica sul circuito stesso, e Huan Jiang inizia a ruotare. Utilizzando un meccanismo simile a una gabbia di scoiattolo, una corrente alternata trifase genera un campo magnetico rotante attraverso lo statore, e la corrente viene indotta nella barra della gabbia di scoiattolo, cortocircuitata dall'anello terminale, così che il rotore inizia a ruotare, motivo per cui il motore è chiamato motore a induzione. Con l'aiuto dell'induzione elettromagnetica, anziché essere collegato direttamente al rotore per indurre elettricità, vengono inserite nel rotore scaglie di ferro isolante, in modo che le piccole dimensioni del ferro garantiscano la minima perdita per correnti parassite.
2) Motore sincrono CA
Il rotore del motore sincrono è diverso da quello del motore asincrono. Il magnete permanente è installato sul rotore, che può essere suddiviso in tipo a montaggio superficiale e tipo incorporato. Il rotore è realizzato in lamiera di acciaio al silicio e il magnete permanente è incorporato. Lo statore è inoltre collegato a una corrente alternata con una differenza di fase di 120, che controlla l'ampiezza e la fase della corrente alternata sinusoidale, in modo che il campo magnetico generato dallo statore sia opposto a quello generato dal rotore e il campo magnetico sia rotante. In questo modo, lo statore è attratto da un magnete e ruota con il rotore. Ciclo dopo ciclo, l'assorbimento di statore e rotore è generato.
Conclusione: la propulsione elettrica per veicoli elettrici è diventata sostanzialmente la soluzione standard, ma non è un sistema univoco, bensì diversificato. Ogni sistema di propulsione elettrica ha un proprio indice di complessità. Ogni sistema viene applicato alla propulsione elettrica esistente. La maggior parte di essi sono motori asincroni e motori sincroni a magneti permanenti, mentre alcuni cercano di commutare i motori a riluttanza. È importante sottolineare che la propulsione elettrica integra la tecnologia dell'elettronica di potenza, la microelettronica, la tecnologia digitale, la tecnologia di controllo automatico, la scienza dei materiali e altre discipline per riflettere le ampie prospettive di applicazione e sviluppo di molteplici discipline. È un forte concorrente nel settore dei motori per veicoli elettrici. Per occupare un posto nei futuri veicoli elettrici, tutti i tipi di motori devono non solo ottimizzare la struttura del motore, ma anche esplorare costantemente gli aspetti intelligenti e digitali del sistema di controllo.
Data di pubblicazione: 30-gen-2023
