Η δομή και ο σχεδιασμός ενός αμιγώς ηλεκτρικού οχήματος διαφέρει από αυτόν ενός παραδοσιακού οχήματος με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Είναι επίσης ένα πολύπλοκο σύστημα μηχανικής. Πρέπει να ενσωματώσει την τεχνολογία της μπαταρίας ισχύος, την τεχνολογία κίνησης κινητήρα, την τεχνολογία αυτοκινήτων και τη σύγχρονη θεωρία ελέγχου για να επιτύχει μια βέλτιστη διαδικασία ελέγχου. Στο σχέδιο ανάπτυξης της επιστήμης και τεχνολογίας ηλεκτρικών οχημάτων, η χώρα συνεχίζει να τηρεί τη διάταξη Έρευνας και Ανάπτυξης "τριών κάθετων και τριών οριζόντιων" και δίνει περαιτέρω έμφαση στην έρευνα για κοινές βασικές τεχνολογίες "τριών οριζόντιων" σύμφωνα με τη στρατηγική μετασχηματισμού τεχνολογίας της "αμιγώς ηλεκτρικής κίνησης", δηλαδή την έρευνα για τον κινητήρα κίνησης και το σύστημα ελέγχου του, την μπαταρία ισχύος και το σύστημα διαχείρισής της, και το σύστημα ελέγχου του κινητήρα. Κάθε μεγάλος κατασκευαστής διαμορφώνει τη δική του στρατηγική ανάπτυξης της επιχείρησης σύμφωνα με την εθνική στρατηγική ανάπτυξης.
Ο συγγραφέας ταξινομεί τις βασικές τεχνολογίες στη διαδικασία ανάπτυξης ενός νέου συστήματος κίνησης ενέργειας, παρέχοντας μια θεωρητική βάση και αναφορά για το σχεδιασμό, τη δοκιμή και την παραγωγή του συστήματος κίνησης. Το σχέδιο χωρίζεται σε τρία κεφάλαια για την ανάλυση των βασικών τεχνολογιών ηλεκτρικής κίνησης στο σύστημα κίνησης αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων. Σήμερα, θα παρουσιάσουμε πρώτα την αρχή και την ταξινόμηση των τεχνολογιών ηλεκτρικής κίνησης.
Σχήμα 1 Βασικοί κρίκοι στην ανάπτυξη του συστήματος μετάδοσης κίνησης
Προς το παρόν, οι βασικές τεχνολογίες του αμιγώς ηλεκτρικού συστήματος κίνησης οχημάτων περιλαμβάνουν τις ακόλουθες τέσσερις κατηγορίες:
Σχήμα 2 Οι βασικές τεχνολογίες του συστήματος μετάδοσης κίνησης
Ο Ορισμός του Συστήματος Κινητήρα Οδήγησης
Ανάλογα με την κατάσταση της μπαταρίας του οχήματος και τις απαιτήσεις ισχύος του, μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την ενσωματωμένη συσκευή παραγωγής ενέργειας αποθήκευσης σε μηχανική ενέργεια και η ενέργεια μεταδίδεται στους κινητήριους τροχούς μέσω της συσκευής μετάδοσης, ενώ μέρη της μηχανικής ενέργειας του οχήματος μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια και επιστρέφουν στη συσκευή αποθήκευσης ενέργειας όταν φρενάρει το όχημα. Το ηλεκτρικό σύστημα οδήγησης περιλαμβάνει κινητήρα, μηχανισμό μετάδοσης, ελεγκτή κινητήρα και άλλα εξαρτήματα. Ο σχεδιασμός των τεχνικών παραμέτρων του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνει κυρίως την ισχύ, τη ροπή, την ταχύτητα, την τάση, τη μείωση του λόγου μετάδοσης, την χωρητικότητα τροφοδοσίας, την ισχύ εξόδου, την τάση, το ρεύμα κ.λπ.
1) Ελεγκτής κινητήρα
Ονομάζεται επίσης μετατροπέας και μετατρέπει το συνεχές ρεύμα που εισάγεται από την μπαταρία σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Βασικά εξαρτήματα:
◎ IGBT: ηλεκτρονικός διακόπτης ισχύος, αρχή λειτουργίας: μέσω του ελεγκτή, ελέγχει τον βραχίονα γέφυρας IGBT για να κλείσει μια συγκεκριμένη συχνότητα και διακόπτη ακολουθίας για να δημιουργήσει τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα. Ελέγχοντας τον ηλεκτρονικό διακόπτη ισχύος για να κλείσει, η εναλλασσόμενη τάση μπορεί να μετατραπεί. Στη συνέχεια, η τάση AC παράγεται ελέγχοντας τον κύκλο λειτουργίας.
◎ Χωρητικότητα φιλμ: λειτουργία φιλτραρίσματος· αισθητήρας ρεύματος: ανίχνευση ρεύματος τριφασικής περιέλιξης.
2) Κύκλωμα ελέγχου και οδήγησης: πίνακας ελέγχου υπολογιστή, οδήγηση IGBT
Ο ρόλος του ελεγκτή κινητήρα είναι να μετατρέπει το DC σε AC, να λαμβάνει κάθε σήμα και να εξάγει την αντίστοιχη ισχύ και ροπή. Βασικά εξαρτήματα: ηλεκτρονικός διακόπτης ισχύος, πυκνωτής μεμβράνης, αισθητήρας ρεύματος, κύκλωμα οδήγησης ελέγχου για το άνοιγμα διαφορετικών διακοπτών, τη δημιουργία ρευμάτων σε διαφορετικές κατευθύνσεις και την παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης. Επομένως, μπορούμε να διαιρέσουμε το ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα σε ορθογώνια. Η περιοχή των ορθογωνίων μετατρέπεται σε τάση με το ίδιο ύψος. Ο άξονας x πραγματοποιεί τον έλεγχο μήκους ελέγχοντας τον κύκλο λειτουργίας και, τέλος, πραγματοποιεί την ισοδύναμη μετατροπή της περιοχής. Με αυτόν τον τρόπο, η ισχύς DC μπορεί να ελεγχθεί για να κλείσει ο βραχίονας της γέφυρας IGBT σε μια συγκεκριμένη συχνότητα και διακόπτη ακολουθίας μέσω του ελεγκτή για να παράγει τριφασική ισχύ AC.
Προς το παρόν, τα βασικά εξαρτήματα του κυκλώματος οδήγησης βασίζονται σε εισαγωγές: πυκνωτές, λυχνίες διακόπτη IGBT/MOSFET, DSP, ηλεκτρονικά τσιπ και ολοκληρωμένα κυκλώματα, τα οποία μπορούν να παραχθούν ανεξάρτητα αλλά έχουν ασθενή χωρητικότητα: ειδικά κυκλώματα, αισθητήρες, συνδετήρες, τα οποία μπορούν να παραχθούν ανεξάρτητα: τροφοδοτικά, δίοδοι, επαγωγείς, πλακέτες κυκλωμάτων πολλαπλών στρώσεων, μονωμένα καλώδια, θερμαντικά σώματα.
3) Κινητήρας: μετατρέψτε το τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα σε μηχανήματα
◎ Δομή: καλύμματα εμπρός και πίσω άκρων, κελύφη, άξονες και ρουλεμάν
◎ Μαγνητικό κύκλωμα: πυρήνας στάτη, πυρήνας ρότορα
◎ Κύκλωμα: περιέλιξη στάτορα, αγωγός ρότορα
4) Συσκευή μετάδοσης
Το κιβώτιο ταχυτήτων ή ο μειωτήρας μετατρέπει την ταχύτητα ροπής που εξάγεται από τον κινητήρα στην ταχύτητα και τη ροπή που απαιτούνται από ολόκληρο το όχημα.
Τύπος κινητήρα κίνησης
Οι κινητήρες κίνησης χωρίζονται στις ακόλουθες τέσσερις κατηγορίες. Προς το παρόν, οι επαγωγικοί κινητήρες AC και οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι ηλεκτρικών οχημάτων νέας ενέργειας. Γι' αυτό εστιάζουμε στην τεχνολογία του επαγωγικού κινητήρα AC και του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη.
| Κινητήρας συνεχούς ρεύματος | Κινητήρας επαγωγής AC | Σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη | Κινητήρας με διακόπτη απροθυμίας | |
| Πλεονέκτημα | Χαμηλότερο κόστος, χαμηλές απαιτήσεις συστήματος ελέγχου | Χαμηλό κόστος, ευρεία κάλυψη ισχύος, ανεπτυγμένη τεχνολογία ελέγχου, υψηλή αξιοπιστία | Υψηλή πυκνότητα ισχύος, υψηλή απόδοση, μικρό μέγεθος | Απλή δομή, χαμηλές απαιτήσεις συστήματος ελέγχου |
| Μειονέκτημα | Υψηλές απαιτήσεις συντήρησης, χαμηλή ταχύτητα, χαμηλή ροπή, μικρή διάρκεια ζωής | Μικρή αποδοτική περιοχήΧαμηλή πυκνότητα ισχύος | Υψηλό κόστος Χαμηλή περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα | Μεγάλη διακύμανση ροπής Υψηλός θόρυβος λειτουργίας |
| Εφαρμογή | Μικρό ή μίνι ηλεκτρικό όχημα χαμηλής ταχύτητας | Ηλεκτρικά επαγγελματικά οχήματα και επιβατικά αυτοκίνητα | Ηλεκτρικά επαγγελματικά οχήματα και επιβατικά αυτοκίνητα | Όχημα μεικτής ισχύος |
1) Ασύγχρονος κινητήρας επαγωγής AC
Η αρχή λειτουργίας ενός επαγωγικού ασύγχρονου κινητήρα AC είναι ότι η περιέλιξη θα διέλθει από την υποδοχή του στάτη και τον ρότορα: είναι στοιβαγμένος από λεπτά χαλύβδινα φύλλα με υψηλή μαγνητική αγωγιμότητα. Το τριφασικό ηλεκτρικό ρεύμα θα διέλθει από την περιέλιξη. Σύμφωνα με τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday, θα δημιουργηθεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι ο λόγος για τον οποίο περιστρέφεται ο ρότορας. Τα τρία πηνία του στάτη συνδέονται σε διάστημα 120 μοιρών και ο αγωγός μεταφοράς ρεύματος παράγει μαγνητικά πεδία γύρω τους. Όταν η τριφασική τροφοδοσία εφαρμόζεται σε αυτήν την ειδική διάταξη, τα μαγνητικά πεδία θα αλλάξουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις με την αλλαγή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο με ομοιόμορφη ένταση περιστροφής. Η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου ονομάζεται σύγχρονη ταχύτητα. Ας υποθέσουμε ότι ένας κλειστός αγωγός τοποθετείται στο εσωτερικό, σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, επειδή το μαγνητικό πεδίο είναι μεταβλητό, ο βρόχος θα ανιχνεύσει την ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία θα δημιουργήσει ρεύμα στον βρόχο. Αυτή η κατάσταση είναι ακριβώς όπως ο βρόχος μεταφοράς ρεύματος στο μαγνητικό πεδίο, που παράγει ηλεκτρομαγνητική δύναμη στον βρόχο και ο Huan Jiang αρχίζει να περιστρέφεται. Χρησιμοποιώντας κάτι παρόμοιο με ένα κλουβί σκίουρου, ένα τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα θα παράγει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο μέσω του στάτορα και το ρεύμα θα επαχθεί στη ράβδο του κλωβού σκίουρου που βραχυκυκλώνεται από τον ακραίο δακτύλιο, έτσι ώστε ο ρότορας να αρχίζει να περιστρέφεται, γι' αυτό και ο κινητήρας ονομάζεται επαγωγικός κινητήρας. Με τη βοήθεια της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής αντί να συνδέεται απευθείας με τον ρότορα για την επαγωγή ηλεκτρισμού, μονωτικές νιφάδες πυρήνα σιδήρου γεμίζονται στον ρότορα, έτσι ώστε ο σίδηρος μικρού μεγέθους να εξασφαλίζει την ελάχιστη απώλεια δινορεύματος.
2) Σύγχρονος κινητήρας AC
Ο ρότορας του σύγχρονου κινητήρα διαφέρει από αυτόν του ασύγχρονου κινητήρα. Ο μόνιμος μαγνήτης είναι εγκατεστημένος στον ρότορα, ο οποίος μπορεί να χωριστεί σε επιφανειακά τοποθετημένο και ενσωματωμένο τύπο. Ο ρότορας είναι κατασκευασμένος από φύλλο πυριτίου χάλυβα και ο μόνιμος μαγνήτης είναι ενσωματωμένος. Ο στάτορας είναι επίσης συνδεδεμένος με εναλλασσόμενο ρεύμα με διαφορά φάσης 120, το οποίο ελέγχει το μέγεθος και τη φάση του ημιτονοειδούς εναλλασσόμενου ρεύματος, έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον στάτορα να είναι αντίθετο από αυτό που παράγεται από τον ρότορα και το μαγνητικό πεδίο να περιστρέφεται. Με αυτόν τον τρόπο, ο στάτορας έλκεται από έναν μαγνήτη και περιστρέφεται με τον ρότορα. Κύκλος μετά τον κύκλο παράγεται από την απορρόφηση του στάτορα και του ρότορα.
Συμπέρασμα: Η κίνηση κινητήρα για ηλεκτρικά οχήματα έχει ουσιαστικά γίνει η κύρια τάση, αλλά δεν είναι ενιαία αλλά διαφοροποιημένη. Κάθε σύστημα κίνησης κινητήρα έχει τον δικό του ολοκληρωμένο δείκτη. Κάθε σύστημα εφαρμόζεται στην υπάρχουσα κίνηση ηλεκτρικών οχημάτων. Οι περισσότεροι από αυτούς είναι ασύγχρονοι κινητήρες και σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, ενώ ορισμένοι προσπαθούν να μετατρέψουν κινητήρες αντίστασης. Αξίζει να επισημανθεί ότι η κίνηση κινητήρα ενσωματώνει την τεχνολογία ηλεκτρονικής ισχύος, την τεχνολογία μικροηλεκτρονικής, την ψηφιακή τεχνολογία, την τεχνολογία αυτόματου ελέγχου, την επιστήμη υλικών και άλλους κλάδους για να αντικατοπτρίσει τις ολοκληρωμένες προοπτικές εφαρμογής και ανάπτυξης πολλαπλών κλάδων. Είναι ένας ισχυρός ανταγωνιστής στους κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων. Προκειμένου να καταλάβουν μια θέση στα μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα, όλα τα είδη κινητήρων πρέπει όχι μόνο να βελτιστοποιούν τη δομή του κινητήρα, αλλά και να διερευνούν συνεχώς τις έξυπνες και ψηφιακές πτυχές του συστήματος ελέγχου.
Ώρα δημοσίευσης: 30 Ιανουαρίου 2023
