Die Struktur und das Design eines reinen Elektrofahrzeugs unterscheiden sich von denen eines herkömmlichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Es handelt sich zudem um eine komplexe Systemtechnik. Um einen optimalen Steuerungsprozess zu erreichen, müssen Batterietechnologie, Motorantriebstechnologie, Fahrzeugtechnologie und moderne Regelungstheorie integriert werden. Im Entwicklungsplan für Elektrofahrzeugwissenschaft und -technologie hält China weiterhin an der dreistufigen und dreistufigen Forschungs- und Entwicklungsstrategie fest und legt den Schwerpunkt auf die Forschung an gemeinsamen Schlüsseltechnologien dieser dreistufigen Strategie gemäß der Technologietransformationsstrategie für den reinen Elektroantrieb. Dies umfasst die Forschung an Antriebsmotor und dessen Steuerungssystem, Batterie und dessen Managementsystem sowie Antriebsstrangsteuerung. Jeder große Hersteller entwickelt seine eigene Geschäftsentwicklungsstrategie im Einklang mit der nationalen Entwicklungsstrategie.
Der Autor erläutert die Schlüsseltechnologien im Entwicklungsprozess eines neuen Antriebsstrangs und liefert theoretische Grundlagen und Referenzen für Design, Tests und Produktion des Antriebsstrangs. Der Plan ist in drei Kapitel unterteilt, um die Schlüsseltechnologien des Elektroantriebs im Antriebsstrang reiner Elektrofahrzeuge zu analysieren. Heute stellen wir zunächst das Prinzip und die Klassifizierung elektrischer Antriebstechnologien vor.
Abbildung 1 Wichtige Verbindungen in der Antriebsstrangentwicklung
Derzeit umfassen die wichtigsten Schlüsseltechnologien für den Antrieb reiner Elektrofahrzeuge die folgenden vier Kategorien:
Abbildung 2: Die wichtigsten Schlüsseltechnologien des Antriebsstrangs
Die Definition des Antriebsmotorsystems
Je nach Zustand der Fahrzeugbatterie und Leistungsbedarf des Fahrzeugs wandelt es die vom Bordspeicher abgegebene elektrische Energie in mechanische Energie um und überträgt diese über die Übertragungseinrichtung auf die Antriebsräder. Beim Bremsen wird ein Teil der mechanischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt und in den Energiespeicher zurückgespeist. Das elektrische Antriebssystem umfasst Motor, Getriebe, Motorsteuerung und weitere Komponenten. Die technischen Parameter des elektrischen Antriebssystems umfassen hauptsächlich Leistung, Drehmoment, Drehzahl, Spannung, Untersetzungsverhältnis, Versorgungskapazität, Ausgangsleistung, Spannung, Stromstärke usw.
1) Motorsteuerung
Auch Wechselrichter genannt, wandelt er den vom Akkupack gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um. Kernkomponenten:
◎ IGBT: Leistungselektronischer Schalter. Prinzip: Über den Controller wird der IGBT-Brückenzweig so gesteuert, dass er eine bestimmte Frequenz schließt und der Sequenzschalter dreiphasigen Wechselstrom erzeugt. Durch das Schließen des Leistungselektronischen Schalters kann die Wechselspannung umgewandelt werden. Anschließend wird durch Steuerung des Tastverhältnisses die Wechselspannung erzeugt.
◎ Filmkapazität: Filterfunktion; Stromsensor: Erkennt den Strom der Dreiphasenwicklung.
2) Steuer- und Antriebsschaltung: Computer-Steuerplatine, Antriebs-IGBT
Die Aufgabe des Motorreglers besteht darin, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, Signale zu empfangen und die entsprechende Leistung und das entsprechende Drehmoment auszugeben. Kernkomponenten: Leistungsschalter, Folienkondensator, Stromsensor und Steuerschaltung zum Öffnen verschiedener Schalter, zur Bildung von Strömen in unterschiedliche Richtungen und zur Erzeugung von Wechselspannung. Dadurch kann der sinusförmige Wechselstrom in Rechtecke unterteilt werden. Die Fläche der Rechtecke wird in eine Spannung gleicher Höhe umgewandelt. Die x-Achse steuert die Länge durch Steuerung des Tastverhältnisses und realisiert schließlich die äquivalente Flächenumwandlung. Auf diese Weise kann der Gleichstrom so gesteuert werden, dass der IGBT-Brückenzweig mit einer bestimmten Frequenz geschlossen wird. Durch die Sequenzschaltung des Reglers wird dreiphasiger Wechselstrom erzeugt.
Derzeit sind die Schlüsselkomponenten der Antriebsschaltung auf Importe angewiesen: Kondensatoren, IGBT/MOSFET-Schaltröhren, DSP, elektronische Chips und integrierte Schaltkreise, die unabhängig produziert werden können, aber eine geringe Kapazität haben; Spezialschaltkreise, Sensoren, Steckverbinder, die unabhängig produziert werden können: Stromversorgungen, Dioden, Induktoren, Mehrschichtplatinen, isolierte Drähte, Strahler.
3) Motor: Dreiphasenwechselstrom in Maschinen umwandeln
◎ Struktur: vordere und hintere Endabdeckungen, Schalen, Wellen und Lager
◎ Magnetkreis: Statorkern, Rotorkern
◎ Schaltung: Statorwicklung, Rotorleiter
4) Sendegerät
Das Getriebe bzw. Untersetzungsgetriebe wandelt das vom Motor abgegebene Drehmoment in die vom gesamten Fahrzeug benötigte Geschwindigkeit und das benötigte Drehmoment um.
Art des Antriebsmotors
Die Antriebsmotoren lassen sich in vier Kategorien einteilen. Derzeit sind Wechselstrom-Induktionsmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren die gängigsten Typen in Elektrofahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie. Daher konzentrieren wir uns auf die Technologie von Wechselstrom-Induktionsmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren.
| Gleichstrommotor | AC-Induktionsmotor | Permanentmagnet-Synchronmotor | Geschalteter Reluktanzmotor | |
| Vorteil | Niedrigere Kosten, geringere Anforderungen an das Steuerungssystem | Niedrige Kosten, breite Leistungsabdeckung, entwickelte Steuerungstechnologie, hohe Zuverlässigkeit | Hohe Leistungsdichte, hohe Effizienz, geringe Größe | Einfache Struktur, geringe Anforderungen an das Steuerungssystem |
| Nachteil | Hoher Wartungsaufwand, Niedrige Drehzahl, Niedriges Drehmoment, Kurze Lebensdauer | Kleine effiziente FlächeGeringe Leistungsdichte | Hohe Kosten Schlechte Anpassungsfähigkeit an die Umwelt | Große DrehmomentschwankungenHohe Arbeitsgeräusche |
| Anwendung | Kleines oder Mini-Elektrofahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit | Elektro-Nutzfahrzeuge und Personenkraftwagen | Elektro-Nutzfahrzeuge und Personenkraftwagen | Fahrzeug mit gemischter Antriebsart |
1) AC-Induktions-Asynchronmotor
Das Funktionsprinzip eines induktiven Wechselstrom-Asynchronmotors besteht darin, dass die Wicklung durch die Statornut und den Rotor verläuft: Dieser ist aus dünnen Stahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit gestapelt. Der Dreiphasenstrom fließt durch die Wicklung. Gemäß Faradays elektromagnetischem Induktionsgesetz wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor rotieren lässt. Die drei Spulen des Stators sind in einem Abstand von 120 Grad verbunden, und der stromdurchflossene Leiter erzeugt um sie herum Magnetfelder. Wenn diese spezielle Anordnung an die Dreiphasenstromversorgung angeschlossen wird, ändern sich die Magnetfelder mit der Änderung des Wechselstroms zu einem bestimmten Zeitpunkt in unterschiedliche Richtungen, wodurch ein Magnetfeld mit gleichmäßiger Rotationsintensität entsteht. Die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds wird als Synchrongeschwindigkeit bezeichnet. Angenommen, ein geschlossener Leiter befindet sich im Inneren. Gemäß Faradays Gesetz ist das Magnetfeld variabel. Die Schleife erfasst die elektromotorische Kraft, die aufgrund der Veränderlichkeit des Magnetfelds Strom in der Schleife erzeugt. Diese Situation ähnelt der einer stromdurchflossenen Schleife im Magnetfeld. Dadurch wird eine elektromagnetische Kraft auf die Schleife ausgeübt, und Huan Jiang beginnt sich zu drehen. Mithilfe eines Käfigläufers erzeugt ein dreiphasiger Wechselstrom ein rotierendes Magnetfeld durch den Stator. Der Strom wird im Käfigläuferstab induziert, der durch den Endring kurzgeschlossen ist. Dadurch beginnt sich der Rotor zu drehen. Daher kommt auch der Name Induktionsmotor. Anstatt direkt mit dem Rotor verbunden zu sein, um Strom zu induzieren, werden isolierende Eisenkernflocken mithilfe elektromagnetischer Induktion in den Rotor eingefüllt. Das kleine Eisen minimiert so Wirbelstromverluste.
2) AC-Synchronmotor
Der Rotor eines Synchronmotors unterscheidet sich vom Rotor eines Asynchronmotors. Der Permanentmagnet ist auf dem Rotor montiert. Es gibt ihn in oberflächenmontierte und eingebettete Ausführungen. Der Rotor besteht aus Siliziumstahlblech, und der Permanentmagnet ist eingebettet. Der Stator ist mit einem Wechselstrom mit einer Phasendifferenz von 120° verbunden. Dieser steuert die Stärke und Phase des sinusförmigen Wechselstroms, sodass das vom Stator erzeugte Magnetfeld dem vom Rotor erzeugten entgegengerichtet ist und sich dreht. Dadurch wird der Stator vom Magneten angezogen und dreht sich mit dem Rotor. Durch die Absorption von Stator und Rotor entsteht ein Zyklus nach dem anderen.
Fazit: Der Motorantrieb für Elektrofahrzeuge ist mittlerweile weit verbreitet, jedoch nicht einheitlich, sondern vielfältig. Jedes Motorantriebssystem verfügt über einen eigenen umfassenden Index. Jedes System wird in bestehenden Antrieben für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Die meisten davon sind Asynchronmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren, einige versuchen sich auch an Reluktanzmotoren. Es ist erwähnenswert, dass der Motorantrieb Leistungselektronik, Mikroelektronik, Digitaltechnik, Regelungstechnik, Materialwissenschaft und andere Disziplinen integriert und so die umfassenden Anwendungs- und Entwicklungsperspektiven mehrerer Disziplinen widerspiegelt. Er ist ein starker Konkurrent im Bereich der Motoren für Elektrofahrzeuge. Um in zukünftigen Elektrofahrzeugen eine Rolle zu spielen, müssen alle Arten von Motoren nicht nur die Motorstruktur optimieren, sondern auch die intelligenten und digitalen Aspekte des Steuerungssystems ständig erforscht werden.
Veröffentlichungszeit: 30. Januar 2023
