В основе нового энергетического автомобиля лежит система электропривода, источник энергии автомобиля. Для аккумуляторных электромобилей (BEV) он служит единственным приводным агрегатом, полностью заменяя двигатель внутреннего сгорания традиционных транспортных средств, работающих на топливе, и занимая незаменимое положение. Под точным управлением контроллера двигателя система электропривода преобразует электрическую энергию, накопленную в аккумуляторах, в механическую энергию для приведения автомобиля в движение, обеспечивая движение вперед, назад, ускорение, замедление и другие операции вождения.
Каждый компонент системы электропривода работает в тесной координации, подобно тому, как человеческие мышцы и кости взаимодействуют при выполнении физических движений. В качестве основного компонента двигатель действует как «мышца», отвечающая за выходную мощность, а механизм трансмиссии действует как «кость», передающая мощность от двигателя к колесам для плавного движения. Для подключаемых-гибридных электромобилей (PHEV) и электромобилей с увеличенным- запасом хода (EREV) рядом с приводным двигателем дополнительно оборудуется генератор. Генератор преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию посредством сгорания, выделения тепла и расширения; затем электродвигатель превращает это электричество обратно в механическую энергию и передает ее колесам, работая в тандеме с приводным двигателем, обеспечивая мощность транспортного средства.
Состав и принцип работы системы электропривода
1. Основные компоненты
Система электропривода в основном состоит из трех основных узлов: приводного двигателя, контроллера двигателя и редуктора.
Приводной двигатель, силовое ядро всей системы, преобразует электрическую энергию аккумуляторной батареи во вращающуюся механическую энергию, обеспечивая непрерывную мощность для движения автомобиля.
Контроллер двигателя действует как «интеллектуальный мозг» системы. Следуя командам, подаваемым блоком управления транспортным средством (VCU), он точно регулирует работу двигателя, включая вращение вперед/назад, скорость вращения и изменение крутящего момента.
Редуктор служит «умножителем крутящего момента». Благодаря внутренним зубчатым передачам он снижает выходную скорость двигателя, одновременно увеличивая крутящий момент, обеспечивая достаточную мощность для запуска автомобиля, подъема на холм и других сценариев с высоким-крутящим моментом.
2. Подробный рабочий процесс
Когда вы заводите новый энергетический автомобиль и нажимаете на педаль акселератора, запускается сложный и упорядоченный рабочий процесс. Во-первых, электрическая система управления получает сигналы от VCU и мгновенно преобразует постоянный ток (DC), выдаваемый аккумуляторной батареей, в переменный ток (AC), действуя как «преобразователь тока», который преобразует постоянный ток в переменный ток, подходящий для привода двигателя. Затем переменный ток поступает в приводной двигатель, где электромагнитное взаимодействие между обмотками статора и ротором вызывает вращение на высокой-скорости - аналогично тому, как быстро вращаются лопасти вентилятора при включении -, генерируя мощную механическую энергию.
Механическая энергия вращения,-высокоскоростная, вырабатываемая двигателем, передается через передаточный механизм на редуктор. Являясь точным «регулятором скорости», редуктор снижает скорость двигателя и увеличивает крутящий момент. После этой регулировки механическая энергия передается на колеса в форме, оптимизированной для движения, плавно толкая автомобиль вперед. Каждый компонент безупречно взаимодействует на протяжении всего процесса, как музыканты, исполняющие хорошо-симфонию для привода в действие новых энергетических транспортных средств.
Типы и характеристики приводных двигателей
Являясь основой системы электропривода, производительность приводного двигателя напрямую определяет выходную мощность автомобиля. В транспортных средствах на новых источниках энергии широко применяются несколько типов двигателей, каждый из которых имеет уникальные характеристики и применимые сценарии.
(1) Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)
Компактная конструкция PMSM основана на использовании постоянных магнитов для создания стабильного магнитного поля, что делает их лучшим выбором для большинства автопроизводителей благодаря выдающимся характеристикам.Преимущества: Превосходная мощность и плотность крутящего момента обеспечивают мгновенное сильное ускорение; Высокая эффективность преобразования энергии сводит к минимуму потери мощности и эффективно увеличивает запас хода автомобиля.Недостатки: высокие производственные затраты, обусловленные дорогими редкоземельными-материалами для постоянных магнитов; постоянные магниты рискуют размагничиться в условиях высокой температуры или перегрузки по току, что резко ухудшает характеристики двигателя; относительно слабая механическая конструкция, склонная к повреждениям в суровых дорожных условиях и при больших нагрузках.
(2) Асинхронный (индукционный) двигатель переменного тока
Его принцип работы основан на переменном токе, подаваемом в обмотки статора для создания вращающегося магнитного поля, которое индуцирует ток в обмотках ротора, создавая электромагнитный крутящий момент и вращая ротор.Преимущества: отсутствует риск высоко-размагничивания при высоких температурах, что обеспечивает стабильную работу в жарких условиях; простая конструкция, состоящая из статора, ротора и подшипников, снижает сложность производства и затраты.Недостатки: Низкая эффективность преобразования энергии со значительными потерями энергии в виде тепла; низкая плотность мощности, что означает меньшую выходную мощность при одинаковом объеме или весе, что ограничивает мощность и выносливость автомобиля.
(3) Синхронный двигатель с электрическим возбуждением
В отличие от СИМД, для возбуждения требуется внешний источник питания. Регулируя величину и направление тока возбуждения, можно контролировать интенсивность магнитного поля и состояние работы двигателя.Преимущества: Высокая эффективность преобразования энергии с ограниченными потерями мощности; превосходные синхронные характеристики, позволяющие точно контролировать скорость и крутящий момент двигателя для стабильной и точной выходной мощности, что идеально подходит для сценариев, требующих стабильной подачи мощности.Недостатки: Высокие производственные затраты из-за дополнительного источника питания возбуждения, сложных устройств управления и сложной конструкции двигателя; высокие затраты на техническое обслуживание с многочисленными уязвимыми деталями, повышающими риск отказа и увеличивающими время и затраты на ремонт.
(4) Двигатель со стороны-колеса/ступицы-
Его выдающейся особенностью является независимый привод для каждого отдельного колеса, открывающий разнообразные возможности дизайна и производительности автомобиля. Он легко переключается между режимами переднего-колеса, заднего-привода и режима полного-привода, обеспечивая исключительную проходимость и управляемость в различных дорожных условиях, - например, полный-привод на четыре колеса генерирует огромный крутящий момент для преодоления внедорожных-препятствий. Это также облегчает интеграцию различных новых технологий в области транспортных средств на энергии, открывая больше возможностей для отраслевых инноваций.Недостатки: непомерно высокие затраты, обусловленные высокими техническими барьерами и сложными производственными процессами, ограничивают масштабное-массовое внедрение; двигатели, установленные рядом с колесами, выдерживают сильную вибрацию и суровые условия эксплуатации, что приводит к частым отказам, а колеса в сборе получают серьезные повреждения при столкновениях и требуют дорогостоящего ремонта. Кроме того, двигатели со стороны -колеса/ступицы- увеличивают неподрессоренную массу, серьезно ухудшая управляемость автомобиля, комфорт езды и надежность подвески, что требует оптимизации конструкции и передовых технологий для устранения недостатков.
Компоновочные формы систем электропривода
(1) Центральный электропривод в сборе
Он объединяет приводной двигатель и коробку передач в единый силовой агрегат, электрический эквивалент традиционных силовых агрегатов транспортных средств, работающих на топливе. Типичным примером является центральный электропривод CeTrax от ZF, который может быть легко интегрирован в существующие автомобильные платформы без серьезных модификаций шасси, передних/задних мостов или дифференциалов и отличается высокой универсальностью.Недостатки: Длинные пути передачи энергии создают множество точек потери энергии, снижая общую эффективность системы; он занимает значительное пространство под кузовом, оставляя место для размещения аккумуляторной батареи и ограничивая запас хода и общие характеристики автомобиля.
(2) Встроенный электроприводной мост
Он изобретательно объединяет традиционный ведущий мост и двигатель в эффективный интегрированный силовой модуль. Когда двигатель вращается, мощность подвергается замедлению и усилению крутящего момента перед тем, как непосредственно привести в движение колеса, что обеспечивает оптимизированный и эффективный поток мощности.Недостатки: Плохие показатели NVH (шум, вибрация и резкость), при этом рабочий шум и вибрация снижают комфорт езды; Большая смещенная неподрессоренная масса ослабляет маневренность автомобиля, делая рулевое управление и стабилизацию менее отзывчивыми.
(3) Электроприводной мост со стороны ступицы-
Он обеспечивает высокую степень интеграции за счет тесного объединения двигателя, редуктора и традиционного ведущего моста в компактный силовой узел. В нем отсутствуют трансмиссионные валы и механические дифференциалы, а электронный дифференциальный привод значительно повышает эффективность трансмиссии -, сравнимую с прямой автомагистралью без объездов и обеспечивающей беспрепятственную передачу мощности. Он также занимает минимум места, освобождая достаточно места для размещения аккумуляторной батареи.Недостатки: Чрезмерная неподрессоренная масса создает большую нагрузку на подвеску и снижает плавность и гибкость вождения; электронное управление дифференциалом требует сложных алгоритмов и продвинутых систем управления для координации скоростей вращения колес; непостоянная скорость вращения колес легко возникает без точной настройки, что ставит под угрозу стабильность вождения.
(4) Ось двигателя-колеса
Он тесно интегрирован с-колесными двигателями и ведущими осями, при этом двигатели непосредственно приводят в движение колеса, что представляет собой ключевое направление будущего развития систем привода транспортных средств на новых источниках энергии. Он обеспечивает сверх-высокую эффективность трансмиссии с минимальными потерями энергии при передаче мощности, а степень рекуперации энергии торможения приближается к 100 %.
Ожидается, что благодаря постоянному технологическому прогрессу и инновациям системы электропривода добьются серьезных прорывов в повышении эффективности, снижении затрат и повышении надежности, обеспечивая более мощную поддержку популяризации и разработке транспортных средств на новой энергии. Мы с нетерпением ждем новых инноваций в системах электропривода, ведущих отрасль к более экологичному, интеллектуальному и эффективному будущему. Не стесняйтесь оставлять комментарии с вашими вопросами или идеями о системах электропривода, и давайте вместе исследуем эту динамичную техническую область.