A estrutura e o design de um veículo elétrico puro são diferentes dos de um veículo tradicional com motor de combustão interna. Trata-se também de uma engenharia de sistemas complexa. Necessita integrar a tecnologia de baterias de potência, a tecnologia de acionamento do motor, a tecnologia automotiva e a moderna teoria de controle para alcançar um processo de controle otimizado. No plano de desenvolvimento da ciência e tecnologia de veículos elétricos, o país continua a aderir ao layout de P&D de "três verticais e três horizontais", e destaca ainda a pesquisa em tecnologias-chave comuns de "três horizontais", de acordo com a estratégia de transformação tecnológica de "acionamento elétrico puro", ou seja, a pesquisa sobre o motor de acionamento e seu sistema de controle, a bateria de potência e seu sistema de gerenciamento, e o sistema de controle do trem de força. Cada grande fabricante formula sua própria estratégia de desenvolvimento de negócios de acordo com a estratégia de desenvolvimento nacional.
O autor apresenta as principais tecnologias no processo de desenvolvimento de um novo sistema de propulsão, fornecendo uma base teórica e referência para o projeto, teste e produção do sistema. O plano é dividido em três capítulos para analisar as principais tecnologias de propulsão elétrica no sistema de propulsão de veículos puramente elétricos. Hoje, apresentaremos primeiro o princípio e a classificação das tecnologias de propulsão elétrica.
Figura 1 Principais ligações no desenvolvimento do trem de força
Atualmente, as principais tecnologias de transmissão de veículos elétricos puros incluem as quatro categorias a seguir:
Figura 2 As principais tecnologias do trem de força
A Definição do Sistema Motor de Condução
De acordo com o estado da bateria do veículo e os requisitos de potência do veículo, a energia elétrica gerada pelo dispositivo de geração de energia de armazenamento de energia a bordo é convertida em energia mecânica, que é transmitida às rodas motrizes através do dispositivo de transmissão. Parte da energia mecânica do veículo é convertida em energia elétrica e realimentada ao dispositivo de armazenamento de energia durante a frenagem do veículo. O sistema de acionamento elétrico inclui motor, mecanismo de transmissão, controlador do motor e outros componentes. Os parâmetros técnicos de projeto do sistema de acionamento elétrico incluem principalmente potência, torque, velocidade, tensão, relação de transmissão, capacitância da fonte de alimentação, potência de saída, tensão, corrente, etc.
1) Controlador do motor
Também chamado de inversor, ele transforma a corrente contínua fornecida pela bateria em corrente alternada. Componentes principais:
◎ IGBT: interruptor eletrônico de potência, princípio: através do controlador, o braço da ponte IGBT é controlado para fechar uma determinada frequência e o interruptor sequencial gera corrente alternada trifásica. Ao controlar o interruptor eletrônico de potência para fechar, a tensão alternada pode ser convertida. Em seguida, a tensão CA é gerada controlando o ciclo de trabalho.
◎ Capacitância do filme: função de filtragem; sensor de corrente: detecção da corrente do enrolamento trifásico.
2) Circuito de controle e acionamento: placa de controle do computador, acionando IGBT
A função do controlador do motor é converter CC em CA, receber cada sinal e gerar a potência e o torque correspondentes. Os principais componentes são: chave eletrônica de potência, capacitor de filme, sensor de corrente e circuito de acionamento de controle para abrir diferentes chaves, gerar correntes em diferentes direções e gerar tensão alternada. Portanto, podemos dividir a corrente alternada senoidal em retângulos. A área dos retângulos é convertida em uma tensão com a mesma altura. O eixo x realiza o controle do comprimento controlando o ciclo de trabalho e, finalmente, realiza a conversão equivalente da área. Dessa forma, a energia CC pode ser controlada para fechar o braço da ponte IGBT em uma determinada frequência e sequência de comutação através do controlador para gerar energia CA trifásica.
Atualmente, os principais componentes do circuito de acionamento dependem de importações: capacitores, tubos de comutação IGBT/MOSFET, DSP, chips eletrônicos e circuitos integrados, que podem ser produzidos de forma independente, mas têm capacidade fraca: circuitos especiais, sensores, conectores, que podem ser produzidos de forma independente: fontes de alimentação, diodos, indutores, placas de circuito multicamadas, fios isolados, radiadores.
3) Motor: converte corrente alternada trifásica em máquinas
◎ Estrutura: tampas dianteiras e traseiras, conchas, eixos e rolamentos
◎ Circuito magnético: núcleo do estator, núcleo do rotor
◎ Circuito: enrolamento do estator, condutor do rotor
4) Dispositivo de transmissão
A caixa de engrenagens ou redutor transforma o torque de saída do motor na velocidade e no torque exigidos por todo o veículo.
Tipo de motor de acionamento
Os motores de acionamento são divididos nas quatro categorias a seguir. Atualmente, os motores de indução CA e os motores síncronos de ímã permanente são os tipos mais comuns de veículos elétricos de nova energia. Por isso, focamos na tecnologia de motores de indução CA e motores síncronos de ímã permanente.
| Motor CC | Motor de indução CA | Motor síncrono de ímã permanente | Motor de relutância comutado | |
| Vantagem | Menor custo, baixos requisitos do sistema de controle | Baixo custo, ampla cobertura de energia, tecnologia de controle desenvolvida, alta confiabilidade | Alta densidade de potência, alta eficiência, tamanho pequeno | Estrutura simples, baixos requisitos do sistema de controle |
| Desvantagem | Altos requisitos de manutenção, baixa velocidade, baixo torque, vida útil curta | Pequena área eficienteBaixa densidade de potência | Alto custo Pouca adaptabilidade ambiental | Grande flutuação de torque Alto ruído de trabalho |
| Aplicativo | Veículo elétrico pequeno ou mini de baixa velocidade | Veículos comerciais elétricos e carros de passeio | Veículos comerciais elétricos e carros de passeio | Veículo de propulsão mista |
1) Motor assíncrono de indução CA
O princípio de funcionamento de um motor assíncrono indutivo CA é que o enrolamento passa pela ranhura do estator e pelo rotor: ele é empilhado por finas chapas de aço com alta condutividade magnética. A eletricidade trifásica passa pelo enrolamento. De acordo com a lei da indução eletromagnética de Faraday, um campo magnético rotativo é gerado, razão pela qual o rotor gira. As três bobinas do estator são conectadas em um intervalo de 120 graus, e o condutor de corrente gera campos magnéticos ao redor delas. Quando a fonte de alimentação trifásica é aplicada a esse arranjo especial, os campos magnéticos mudam em direções diferentes com a mudança da corrente alternada em um momento específico, gerando um campo magnético com intensidade de rotação uniforme. A velocidade de rotação do campo magnético é chamada de velocidade síncrona. Suponha que um condutor fechado seja colocado dentro, de acordo com a lei de Faraday, porque o campo magnético é variável. O loop detectará a força eletromotriz, que gerará corrente no loop. Essa situação é semelhante à de um circuito elétrico em um campo magnético, gerando uma força eletromagnética no circuito, e Huan Jiang começa a girar. Usando algo semelhante a uma gaiola de esquilo, uma corrente alternada trifásica produzirá um campo magnético rotativo através do estator, e a corrente será induzida na barra da gaiola de esquilo em curto com o anel final, fazendo com que o rotor comece a girar, razão pela qual o motor é chamado de motor de indução. Com a ajuda da indução eletromagnética, em vez de conectar diretamente ao rotor para induzir eletricidade, flocos de núcleo de ferro isolante são preenchidos no rotor, de modo que o ferro de pequeno porte garanta a mínima perda por correntes parasitas.
2) Motor síncrono CA
O rotor de um motor síncrono é diferente do rotor de um motor assíncrono. O ímã permanente é instalado no rotor, que pode ser dividido em tipo de montagem em superfície e tipo embutido. O rotor é feito de chapa de aço silício e o ímã permanente é embutido. O estator também é conectado a uma corrente alternada com uma diferença de fase de 120, que controla o tamanho e a fase da corrente alternada da onda senoidal, de modo que o campo magnético gerado pelo estator seja oposto ao gerado pelo rotor, e o campo magnético esteja girando. Dessa forma, o estator é atraído por um ímã e gira com o rotor. Ciclo após ciclo é gerado pela absorção do estator e do rotor.
Conclusão: O acionamento motorizado para veículos elétricos tornou-se basicamente o principal, mas não é único, mas diversificado. Cada sistema de acionamento motorizado possui seu próprio índice abrangente. Cada sistema é aplicado ao acionamento de veículos elétricos existentes. A maioria deles são motores assíncronos e motores síncronos de ímã permanente, enquanto alguns tentam alternar motores de relutância. Vale ressaltar que o acionamento motorizado integra tecnologia de eletrônica de potência, tecnologia de microeletrônica, tecnologia digital, tecnologia de controle automático, ciência dos materiais e outras disciplinas para refletir as perspectivas abrangentes de aplicação e desenvolvimento de múltiplas disciplinas. É um forte concorrente em motores de veículos elétricos. Para ocupar um lugar nos futuros veículos elétricos, todos os tipos de motores precisam não apenas otimizar a estrutura do motor, mas também explorar constantemente os aspectos inteligentes e digitais do sistema de controle.
Horário de publicação: 30 de janeiro de 2023
