La struttura e il design di un veicolo completamente elettrico sono diversi da quelli di un veicolo tradizionale con motore a combustione interna. Si tratta anche di un'ingegneria di sistema complessa. Deve 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 completamente 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 analizza 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 per analizzare le tecnologie chiave della trazione elettrica nei sistemi di propulsione dei veicoli puramente 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 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 ai requisiti di alimentazione del veicolo, converte l'energia elettrica prodotta dal dispositivo di generazione di energia di accumulo di energia di bordo in energia meccanica, che viene trasmessa alle ruote motrici attraverso il dispositivo di trasmissione; parte dell'energia meccanica del veicolo viene convertita in energia elettrica e reimmessa nel dispositivo di accumulo di energia quando il veicolo frena. Il sistema di azionamento elettrico comprende motore, meccanismo di trasmissione, controller del motore e altri componenti. La progettazione dei parametri tecnici del sistema di azionamento elettrico include 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, trasforma la corrente continua in ingresso dal pacco batteria in corrente alternata. Componenti principali:
◎ IGBT: interruttore elettronico di potenza, principio: tramite il controller, il braccio del 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 ciclo di lavoro.
◎ 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 fornire la potenza e la coppia corrispondenti. Componenti principali: 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 dividere 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 in 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 velocità e nella coppia richieste dall'intero veicolo.
Tipo di motore di azionamento
I motori di azionamento sono suddivisi nelle quattro categorie seguenti. 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 magneti permanenti | 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, piccole dimensioni | 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 elettrici aziendali e autovetture | Veicoli elettrici aziendali e autovetture | Veicolo a miscela di potenza |
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 ragione per cui il rotore ruota. Le tre bobine dello statore sono collegate a un intervallo di 120 gradi e il conduttore percorso da corrente genera campi magnetici attorno ad esse. Quando l'alimentazione trifase viene applicata a questa speciale 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 qualcosa di simile a una gabbia di scoiattolo, una corrente alternata trifase produrrà un campo magnetico rotante attraverso lo statore, e la corrente verrà indotta nella barra della gabbia di scoiattolo, cortocircuitata dall'anello terminale, così che il rotore inizi 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 riempiti nel rotore fiocchi di ferro isolante, in modo che le piccole dimensioni del ferro garantiscano la minima perdita per correnti parassite.
2) Motore sincrono AC
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'entità 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 trasmissione del motore per veicoli elettrici è sostanzialmente diventata la soluzione principale, ma non è univoca, bensì diversificata. Ogni sistema di trasmissione del motore ha il suo indice completo. Ogni sistema viene applicato alla trasmissione esistente dei veicoli elettrici. La maggior parte di essi sono motori asincroni e motori sincroni a magneti permanenti, mentre alcuni cercano di commutare i motori a riluttanza. Vale la pena sottolineare che la trasmissione del motore integra la tecnologia dell'elettronica di potenza, la tecnologia 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 nei 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: 30-01-2023
