نشستن در هسته یک وسیله نقلیه انرژی جدید، سیستم محرک الکتریکی، منبع انرژی خودرو را شکست می دهد. برای وسایل نقلیه الکتریکی باتری (BEVs)، به عنوان واحد محرک عمل می کند، به طور کامل جایگزین موتور احتراق داخلی خودروهای سوخت سنتی می شود و موقعیت غیر قابل تعویضی را حفظ می کند. تحت تنظیم دقیق کنترل کننده موتور، سیستم محرک الکتریکی انرژی الکتریکی ذخیره شده در باتری های نیرو را به انرژی مکانیکی برای به حرکت درآوردن وسیله نقلیه تبدیل می کند و امکان حرکت رو به جلو، حرکت معکوس، شتاب، کاهش سرعت و سایر عملیات رانندگی را فراهم می کند.
هر یک از اجزای سیستم محرک الکتریکی با هماهنگی نزدیکی کار می کند، دقیقاً مانند ماهیچه ها و استخوان های انسان که برای انجام حرکات فیزیکی با یکدیگر همکاری می کنند. به عنوان جزء اصلی، موتور به عنوان "عضله" مسئول خروجی قدرت عمل می کند، در حالی که مکانیسم انتقال به عنوان "استخوان" عمل می کند که نیرو را از موتور به چرخ ها برای رانندگی نرم منتقل می کند. برای وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEV) و وسایل نقلیه الکتریکی با برد بلند (EREV)، یک ژنراتور به علاوه در کنار موتور محرک مجهز شده است. ژنراتور انرژی شیمیایی از سوخت را از طریق احتراق، انتشار گرما و انبساط به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سپس موتور الکتریکی این الکتریسیته را دوباره به انرژی مکانیکی تبدیل میکند و آن را به چرخها میرساند و با موتور محرک برای تامین نیروی خودرو کار میکند.
ترکیب و اصل کار سیستم محرک الکتریکی
1. اجزای اصلی
سیستم محرک الکتریکی عمدتاً از سه مجموعه اصلی تشکیل شده است: موتور محرک، کنترل کننده موتور و کاهنده.
موتور محرک، هسته قدرت کل سیستم، انرژی الکتریکی باتری نیرو را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل میکند تا نیروی پیوسته را برای سفر خودرو ارائه دهد.
کنترل کننده موتور به عنوان "مغز هوشمند" سیستم عمل می کند. با پیروی از دستورات صادر شده توسط واحد کنترل خودرو (VCU)، عملکرد موتور، از جمله چرخش رو به جلو/عقب، سرعت چرخش و تغییر گشتاور را به دقت تنظیم می کند.
کاهنده به عنوان "ضریب کننده گشتاور" عمل می کند. از طریق دندههای داخلی، سرعت خروجی موتور را کاهش میدهد و در عین حال گشتاور را افزایش میدهد، نیروی کافی برای راهاندازی خودرو، بالا رفتن از تپه و سایر سناریوهای-با گشتاور بالا ارائه میکند.
2. فرآیند کاری دقیق
هنگامی که یک وسیله نقلیه جدید انرژی را راه اندازی می کنید و روی پدال گاز قدم می گذارید، یک جریان کاری پیچیده و منظم آغاز می شود. ابتدا، سیستم کنترل الکتریکی سیگنالهایی را از VCU دریافت میکند و فوراً جریان مستقیم (DC) خروجی باتری برق را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکند و به عنوان یک «مبدل جریان» عمل میکند که DC را به AC مناسب برای حرکت موتور تبدیل میکند. سپس AC به موتور محرک جریان می یابد، جایی که برهمکنش الکترومغناطیسی بین سیم پیچ های استاتور و روتور باعث می شود-چرخش با سرعت بالا - مشابه نحوه چرخش سریع پره های فن در هنگام برق رسانی - و تولید انرژی مکانیکی قدرتمند.
انرژی مکانیکی چرخشی با سرعت بالا تولید شده توسط موتور از طریق مکانیسم انتقال به کاهنده منتقل می شود. به عنوان یک "تنظیم کننده سرعت" دقیق، کاهنده سرعت موتور را کاهش داده و گشتاور را تقویت می کند. پس از این تنظیم، انرژی مکانیکی به شکلی بهینه شده برای رانندگی به چرخ ها می رسد و خودرو را به آرامی به جلو می راند. هر جزء بهطور یکپارچه در طول فرآیند همکاری میکند، مانند نوازندگانی که یک سمفونی-بهخوبی سازماندهیشده برای نیرو دادن به وسایل نقلیه انرژی جدید اجرا میکنند.
انواع و ویژگی های موتورهای محرک
به عنوان هسته سیستم محرک الکتریکی، عملکرد موتور محرک به طور مستقیم خروجی قدرت خودرو را تعیین می کند. انواع موتورهای متعدد به طور گسترده در وسایل نقلیه انرژی جدید استفاده می شود که هر کدام عملکرد منحصر به فرد و سناریوهای قابل اجرا دارند.
(1) موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM)
ساختار فشرده PMSM ها برای تولید میدان مغناطیسی پایدار به آهنرباهای دائمی متکی است و به لطف عملکرد فوق العاده، آنها را به بهترین انتخاب برای اکثر خودروسازان تبدیل می کند.مزایا: قدرت و چگالی گشتاور عالی شتاب قوی فوری را ممکن می کند. راندمان تبدیل انرژی بالا اتلاف نیرو را به حداقل می رساند و به طور موثر برد کروز خودرو را افزایش می دهد.معایب: هزینه های تولید بالا ناشی از مواد مغناطیسی دائمی زمینی نادر گرانقیمت-. آهنرباهای دائمی در شرایط دمایی بالا یا جریان بیش از حد خطر مغناطیس زدایی را دارند که عملکرد موتور را به شدت کاهش می دهد. ساختار مکانیکی نسبتا ضعیف مستعد آسیب در شرایط سخت جاده و بارهای سنگین.
(2) موتور ناهمزمان (القایی AC).
اصل عملکرد آن متکی بر جریان متناوب وارد شده به سیمپیچهای استاتور برای ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار است که جریانی را در سیمپیچهای روتور برای تولید گشتاور الکترومغناطیسی و چرخش روتور القا میکند.مزایا: بدون خطر-مغناطیس زدایی در دمای بالا برای عملکرد پایدار در محیط های گرم. ساختار ساده متشکل از استاتور، روتور و یاتاقان ها، کاهش سختی و هزینه های ساخت.معایب: راندمان تبدیل انرژی پایین با انرژی قابل توجهی که به عنوان گرما هدر می رود. چگالی توان کم، یعنی توان خروجی کمتر در حجم یا وزن یکسان، قدرت و استقامت خودرو را محدود میکند.
(3) موتور سنکرون با تحریک الکتریکی
متفاوت از PMSM ها، به منبع تغذیه خارجی برای تحریک نیاز دارد. تنظیم مقدار و جهت جریان تحریک، شدت میدان مغناطیسی و وضعیت عملکرد موتور را کنترل می کند.مزایا: راندمان تبدیل انرژی بالا با اتلاف توان محدود. عملکرد همزمان عالی که امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور را برای خروجی توان پایدار و دقیق فراهم میکند، ایدهآل برای سناریوهایی که نیاز به تحویل توان ثابت دارند.معایب: هزینه های ساخت بالا به دلیل منبع تغذیه تحریک اضافی، دستگاه های کنترل پیچیده و ساختار پیچیده موتور. هزینه های نگهداری بالا با قطعات آسیب پذیر متعدد که خطرات خرابی را افزایش می دهد و زمان و هزینه تعمیرات را افزایش می دهد.
(4) در -چرخ / توپی-موتور جانبی
ویژگی برجسته آن درایو مستقل برای هر چرخ است که طراحی و عملکرد خودروهای متنوع را باز می کند. به راحتی بین حالتهای-چرخ، عقب-چرخهای عقب و چهار{3}}چرخ متحرک جابهجا میشود و قابلیت تردد و فرمانپذیری فوقالعادهای را در شرایط مختلف جاده ارائه میکند - برای مثال، چهار-محرک گشتاور زیادی برای غلبه بر موانع خارج از جاده ایجاد میکند. همچنین ادغام فناوری های مختلف خودروهای انرژی جدید را تسهیل می کند و فضای بیشتری را برای نوآوری در صنعت باز می کند.معایب: هزینه های گزاف ناشی از موانع فنی بالا و فرآیندهای پیچیده تولید، پذیرش انبوه-در مقیاس بزرگ را محدود می کند. موتورهای نصب شده در نزدیکی چرخها لرزش شدید و محیطهای عملیاتی سخت را تحمل میکنند که منجر به خرابیهای مکرر میشود و مجموعه چرخها در برخورد با تعمیرات پرهزینه آسیبهای سنگینی را متحمل میشوند. بعلاوه، در موتورهای جانبی-چرخ/توپ-جرم فنر نشده افزایش مییابد، هندلینگ وسیله نقلیه، راحتی سواری و قابلیت اطمینان سیستم تعلیق را به شدت مختل میکند و برای کاهش ایرادات به طراحی بهینه و فناوری پیشرفته نیاز دارد.
فرم های چیدمان سیستم های محرک الکتریکی
(1) مونتاژ محرک الکتریکی مرکزی
این موتور محرک و گیربکس را در یک واحد قدرت یکپارچه، معادل الکتریکی پیشرانه های خودروهای سوختی سنتی، ادغام می کند. یک مثال معمولی مجموعه محرک الکتریکی مرکزی CeTrax ZF است که میتواند به طور یکپارچه در پلت فرمهای خودروی موجود بدون تغییرات عمده در شاسی، محورهای جلو/عقب یا دیفرانسیلها ادغام شود و دارای جهانی بودن بالا باشد.معایب: مسیرهای طولانی انتقال نیرو، نقاط تلفات انرژی متعددی را ایجاد می کند و کارایی کلی سیستم را کاهش می دهد. فضای زیر بدنه قابل توجهی را اشغال می کند، فضایی را برای طرح باتری نیرو فشرده می کند و محدوده کروز و عملکرد کلی خودرو را محدود می کند.
(2) محور محرک الکتریکی یکپارچه
این به طور مبتکرانه محور محرک و موتور سنتی را در یک ماژول قدرت یکپارچه کارآمد ترکیب می کند. هنگامی که موتور میچرخد، قدرت قبل از اینکه مستقیماً چرخها را به حرکت درآورد، تحت کاهش سرعت و تقویت گشتاور قرار میگیرد تا جریان نیرو کارآمد و کارآمدی داشته باشد.معایب: عملکرد ضعیف در NVH (نویز، لرزش و سختی)، با نویز عملیاتی و لرزش راحتی سواری را به خطر می اندازد. جرم بدون فنر بزرگ و افست مانور خودرو را تضعیف می کند و باعث می شود فرمان و تثبیت کمتر پاسخگو باشند.
(3) هاب-محور محرک الکتریکی جانبی
با ترکیب محکم موتور، کاهنده و محور محرک سنتی در یک مجموعه قدرت جمع و جور به یکپارچگی بالایی دست می یابد. شفتهای انتقال و دیفرانسیلهای مکانیکی را حذف میکند، و از درایو دیفرانسیل الکترونیکی استفاده میکند تا راندمان انتقال را تا حد زیادی افزایش دهد - قابل مقایسه با بزرگراههای مستقیم و بدون انحراف برای تحویل بدون مانع. همچنین فضای کمتری را اشغال می کند و فضای کافی را برای چیدمان باتری برق آزاد می کند.معایب: جرم زیاد فنر نشده فشار زیادی بر سیستم تعلیق وارد می کند و نرمی و انعطاف رانندگی را تضعیف می کند. کنترل دیفرانسیل الکترونیکی به الگوریتم های پیچیده و سیستم های کنترل پیشرفته برای هماهنگ کردن سرعت چرخش چرخ نیاز دارد. سرعت چرخ ها ناسازگار به راحتی و بدون تنظیم دقیق ظاهر می شود و ثبات رانندگی را تهدید می کند.
(4) در -محور موتور چرخ
این به شدت در-موتورهای چرخ و محورهای محرک، با موتورهایی که مستقیماً به چرخها نیرو میدهند، ادغام میشود، که نشاندهنده یک جهت کلیدی توسعه آینده برای سیستمهای محرک خودروهای انرژی جدید است. راندمان انتقال فوقالعاده-با حداقل اتلاف انرژی در حین انتقال نیرو ارائه میکند و نرخ بازیابی انرژی ترمز آن به 100% میرسد.
با پیشرفت و نوآوری مداوم فناوری، انتظار میرود سیستمهای محرک الکتریکی به پیشرفتهای بزرگی در بهبود بهرهوری، کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان دست یابند و پشتیبانی قویتری برای محبوبیت و توسعه وسایل نقلیه انرژی جدید ارائه دهند. ما مشتاقانه منتظر نوآوری های بیشتر از سیستم های محرک الکتریکی هستیم که صنعت را به سمت آینده ای سبزتر، هوشمندتر و کارآمدتر هدایت می کند. در صورت تمایل نظرات خود را با سوالات یا دیدگاه های خود در مورد سیستم های محرک الکتریکی بنویسید، و بیایید این زمینه فنی پویا را با هم بررسی کنیم.