Základná technológia elektrického pohonu pre
Nové energetické vozidlá
Systém elektrického pohonu je základnou súčasťou elektrických vozidiel a hybridných vozidiel. Medzi jeho hlavné komponenty patria motory, riadiace jednotky motora a redukcie. Tieto komponenty zohrávajú rôzne úlohy v systéme elektrického pohonu a spolupracujú na dosiahnutí efektívnej a vysokovýkonnej prevádzky vozidla.
1. Motor
Motor je jadrom systému elektrického pohonu. Jeho funkciou je premena elektrickej energie vydanej z batérie na mechanickú energiu, ktorá poháňa vozidlo vpred. V elektrických vozidlách a hybridných vozidlách bežne používané motory zahŕňajú synchrónne motory s permanentnými magnetmi (PMSM), indukčné motory a spínané reluktančné motory.
1.1 Synchrónny motor s permanentným magnetom (PMSM)
Synchrónny motor s permanentným magnetom je účinný, vysoko výkonný motor, ktorý sa široko používa v elektrických vozidlách a hybridných vozidlách. Dosahuje efektívnu prevádzku motora pomocou permanentných magnetov na generovanie magnetického poľa.
PMSM má vysokú hustotu výkonu, nízku hlučnosť a nízku spotrebu energie a môže dosiahnuť vysokú účinnosť v širokom rozsahu otáčok. Okrem toho je stratégia riadenia PMSM relatívne vyspelá a môže dosiahnuť presné riadenie krútiaceho momentu a rýchlosti.
1.2 Indukčný motor
Indukčný motor je elektrický motor, ktorý pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie. Konkrétny pracovný princíp je nasledujúci:
V indukčnom motore prechádza statorom striedavý prúd a cez vinutia statora sa vytvára rotujúce magnetické pole. Keďže rotor indukčného motora je uzavretý kovový disk, pri prechode rotujúceho magnetického poľa rotorom sa v rotore indukujú vírivé prúdy. Tieto vírivé prúdy vytvárajú reverzné magnetické pole, ktoré interaguje s magnetickým poľom statora a vytvára krútiaci moment. Rotor sa začne otáčať a pokračuje v otáčaní pri zmene rotujúceho magnetického poľa. Rýchlosť otáčania rotora nedrží krok s frekvenciou rotujúceho magnetického poľa, preto sa indukčné motory nazývajú aj asynchrónne motory.
Riadením parametrov, ako je prúd a sled fáz v statore, je možné dosiahnuť presné riadenie rýchlosti, riadenia a krútiaceho momentu indukčného motora.
Indukčné motory majú výhody jednoduchej konštrukcie, spoľahlivej prevádzky, ľahkej údržby a relatívne nízkych nákladov a sú vhodné pre väčšinu aplikácií, ako sú domáce spotrebiče, elektrické náradie, priemyselné stroje a preprava.
1.3 Spínaný reluktančný motor
Princíp činnosti spínaného reluktančného motora (SRM) je založený na princípe, že magnetický tok je vždy uzavretý pozdĺž dráhy maximálnej magnetickej permeability. Keď sa stredové čiary zubov statora a rotora nezhodujú a magnetická permeabilita nie je maximálna, magnetické pole vytvorí magnetickú ťažnú silu a vytvorí reluktančný krútiaci moment, čo spôsobí rotáciu rotora do polohy maximálnej magnetickej permeability. Keď je prúd privádzaný do každého fázového vinutia statora v poradí, rotor motora sa bude otáčať krok za krokom v opačnom smere, ako je sled fáz pod napätím. Zmena sekvencie napájania každej fázy statora spôsobí, že motor zmení smer. Zmeny v smere toku fázového prúdu však neovplyvnia rotáciu rotora.
Spínaný reluktančný motor má výhody jednoduchej konštrukcie, nízkej ceny, vysokej spoľahlivosti, dobrého štartovacieho výkonu a výkonu regulácie rýchlosti a ovládacie zariadenie je tiež relatívne jednoduché. V praktických aplikáciách však majú spínané reluktančné motory nedostatky, ako je veľké zvlnenie krútiaceho momentu, vysoká hlučnosť a potreba detektorov polohy.
2. Riadiaca jednotka motora
Riadiaca jednotka motora je kľúčovým komponentom systému elektrického pohonu a je zodpovedná za riadenie a reguláciu motora. Medzi hlavné funkcie riadiacej jednotky motora patrí: prijímanie signálov z plynového pedálu a brzdového pedála zadávaných vodičom, konvertovanie signálov pedálov na elektrické signály a ich odosielanie do ovládača motora; monitorovanie parametrov, ako je napätie batérie, prúd a teplota, aby sa zabezpečila normálna prevádzka ovládača motora; ovládať rýchlosť a krútiaci moment motora na dosiahnutie zrýchlenia, spomalenia, brzdenia a iných operácií vozidla; komunikovať s ostatnými ovládačmi cez zbernicu CAN za účelom koordinácie napájacieho systému vozidla, riadiaceho systému a bezpečnostného systému atď.
Riadiaca jednotka motora pozostáva z hardvéru a softvéru regulátora. Hardvér ovládača zahŕňa mikrokontroléry, napájacie zariadenia, ochranné obvody a komunikačné rozhrania atď. a je zodpovedný za realizáciu konverzie a riadenia elektrických signálov. Softvér regulátora je zodpovedný za realizáciu stratégie riadenia motora, diagnostiku porúch a funkcie spracovania.
3. Reduktor
Reduktor je jedným z nevyhnutných komponentov v systéme elektrického pohonu. Jeho funkciou je znížiť otáčky motora a zvýšiť výstupný krútiaci moment. Reduktory sa zvyčajne skladajú z ozubených kolies, ložísk a tesnení. V závislosti od štruktúry a výkonu ich možno rozdeliť na reduktory, planétové reduktory a šnekové reduktory.
V elektrických vozidlách a hybridných vozidlách sa často používajú planétové reduktory alebo závitovkové reduktory. Planetárny reduktor má vysokú účinnosť prenosu a malé rozmery a je vhodný pre vysokorýchlostné vozidlá. Šnekové reduktory majú väčší výstupný krútiaci moment a nižšiu hlučnosť a sú vhodné pre nízkorýchlostné a vysoko zaťažené vozidlá.
Stručne povedané, elektrický motor, riadiaca jednotka motora a reduktor sú primárne komponenty v systéme elektrického pohonu, ktoré spolupracujú na dosiahnutí efektívnej a vysokovýkonnej prevádzky vozidla. S neustálym vývojom technológie je trendom vývoja budúcej technológie elektrického pohonu integrácia, platformizácia, vysoká účinnosť a vyššia rýchlosť. Vznik a vývoj týchto trendov prinesie veľa príležitostí a výziev, pričom je potrebné venovať pozornosť aj vplyvu faktorov ako NVH, náklady a spoľahlivosť.
