La estructura y el diseño de un vehículo eléctrico puro difieren de los de un vehículo tradicional con motor de combustión interna. Además, se trata de una ingeniería de sistemas compleja. Requiere integrar la tecnología de baterías, la tecnología de accionamiento del motor, la tecnología automotriz y la teoría de control moderna para lograr un proceso de control óptimo. En el plan de desarrollo de la ciencia y la tecnología de vehículos eléctricos, el país mantiene el esquema de I+D de "tres verticales y tres horizontales", y prioriza la investigación en tecnologías clave comunes de "tres horizontales" de acuerdo con la estrategia de transformación tecnológica de "accionamiento eléctrico puro", es decir, la investigación sobre el motor de accionamiento y su sistema de control, la batería y su sistema de gestión, y el sistema de control del tren motriz. Cada fabricante importante formula su propia estrategia de desarrollo comercial de acuerdo con la estrategia nacional de desarrollo.
El autor clasifica las tecnologías clave en el proceso de desarrollo de un sistema de propulsión de nueva energía, proporcionando una base teórica y una referencia para el diseño, las pruebas y la producción del sistema. El plan se divide en tres capítulos para analizar las tecnologías clave de propulsión eléctrica en el sistema de propulsión de vehículos eléctricos puros. Hoy, primero presentaremos el principio y la clasificación de las tecnologías de propulsión eléctrica.
Figura 1 Enlaces clave en el desarrollo del sistema de propulsión
En la actualidad, las principales tecnologías clave del sistema de propulsión de vehículos eléctricos puros incluyen las siguientes cuatro categorías:
Figura 2 Las tecnologías clave del sistema de propulsión
La definición del sistema motor impulsor
Según el estado de la batería del vehículo y sus requisitos de potencia, este convierte la energía eléctrica generada por el dispositivo de almacenamiento de energía a bordo en energía mecánica. Esta energía se transmite a las ruedas motrices a través del dispositivo de transmisión. Parte de la energía mecánica del vehículo se convierte en energía eléctrica y se devuelve al dispositivo de almacenamiento cuando el vehículo frena. El sistema de propulsión eléctrica incluye motor, mecanismo de transmisión, controlador del motor y otros componentes. Los parámetros técnicos del sistema de propulsión eléctrica incluyen principalmente potencia, par, velocidad, voltaje, relación de transmisión, capacitancia de la fuente de alimentación, potencia de salida, voltaje, corriente, etc.
1) Controlador del motor
También llamado inversor, transforma la corriente continua que entra por la batería en corriente alterna. Componentes principales:
◎ IGBT: Interruptor electrónico de potencia. Principio: mediante el controlador, se controla el puente IGBT para que cierre un interruptor de frecuencia y secuencia determinados y genere corriente alterna trifásica. Al controlar el cierre del interruptor electrónico de potencia, se convierte la tensión alterna. Posteriormente, se genera tensión alterna controlando el ciclo de trabajo.
◎ Capacitancia de película: función de filtrado; sensor de corriente: detecta la corriente del devanado trifásico.
2) Circuito de control y conducción: placa de control de computadora, conducción IGBT
La función del controlador del motor es convertir CC en CA, recibir cada señal y generar la potencia y el par correspondientes. Componentes principales: interruptor electrónico de potencia, condensador de película, sensor de corriente y circuito de control para abrir diferentes interruptores, generar corrientes en diferentes direcciones y generar voltaje alterno. Por lo tanto, podemos dividir la corriente alterna sinusoidal en rectángulos. El área de los rectángulos se convierte en un voltaje con la misma altura. El eje x controla la longitud mediante el ciclo de trabajo y, finalmente, la conversión equivalente del área. De esta manera, la CC se puede controlar para cerrar el puente IGBT a una frecuencia y secuencia determinadas a través del controlador para generar energía CA trifásica.
En la actualidad, los componentes clave del circuito de accionamiento dependen de las importaciones: condensadores, tubos de conmutación IGBT/MOSFET, DSP, chips electrónicos y circuitos integrados, que se pueden producir de forma independiente pero tienen una capacidad débil: circuitos especiales, sensores, conectores, que se pueden producir de forma independiente: fuentes de alimentación, diodos, inductores, placas de circuitos multicapa, cables aislados, radiadores.
3) Motor: convierte corriente alterna trifásica en maquinaria.
◎ Estructura: cubiertas delanteras y traseras, carcasas, ejes y cojinetes
◎ Circuito magnético: núcleo del estator, núcleo del rotor
◎ Circuito: devanado del estator, conductor del rotor
4) Dispositivo de transmisión
La caja de cambios o reductora transforma la velocidad y el par que entrega el motor en la velocidad y el par que requiere todo el vehículo.
Tipo de motor de accionamiento
Los motores de accionamiento se dividen en las siguientes cuatro categorías. Actualmente, los motores de inducción de CA y los motores síncronos de imanes permanentes son los tipos más comunes en los vehículos eléctricos de nueva energía. Por ello, nos centraremos en la tecnología de estos motores.
| Motor de CC | Motor de inducción de CA | Motor síncrono de imán permanente | Motor de reluctancia conmutada | |
| Ventaja | Menor costo, bajos requisitos del sistema de control | Bajo costo, amplia cobertura de energía, tecnología de control desarrollada, alta confiabilidad | Alta densidad de potencia, alta eficiencia, tamaño pequeño. | Estructura simple, bajos requisitos del sistema de control |
| Desventaja | Altos requisitos de mantenimiento, baja velocidad, bajo par, corta vida útil. | Área pequeña y eficiente, baja densidad de potencia | Alto costo. Poca adaptabilidad ambiental. | Gran fluctuación de par. Alto ruido de funcionamiento. |
| Solicitud | Vehículo eléctrico pequeño o mini de baja velocidad | Vehículos comerciales y turismos eléctricos | Vehículos comerciales y turismos eléctricos | Vehículo de potencia mixta |
1) Motor asíncrono de inducción de CA
El principio de funcionamiento de un motor asíncrono inductivo de CA es que el devanado pasará a través de la ranura del estator y el rotor: está apilado por láminas delgadas de acero con alta conductividad magnética. La electricidad trifásica pasará a través del devanado. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, se generará un campo magnético giratorio, que es la razón por la que gira el rotor. Las tres bobinas del estator están conectadas a un intervalo de 120 grados, y el conductor que transporta corriente genera campos magnéticos a su alrededor. Cuando se aplica la fuente de alimentación trifásica a esta disposición especial, los campos magnéticos cambiarán en diferentes direcciones con el cambio de corriente alterna en un momento específico, generando un campo magnético con una intensidad de rotación uniforme. La velocidad de rotación del campo magnético se llama velocidad síncrona. Suponga que se coloca un conductor cerrado en el interior, según la ley de Faraday, debido a que el campo magnético es variable, el bucle detectará la fuerza electromotriz, que generará corriente en el bucle. Esta situación es similar a la del bucle portador de corriente en el campo magnético, que genera una fuerza electromagnética en él, y Huan Jiang comienza a girar. Utilizando un mecanismo similar a una jaula de ardilla, una corriente alterna trifásica produce un campo magnético giratorio a través del estator. La corriente se induce en la barra de la jaula de ardilla, cortocircuitada por el anillo terminal, de modo que el rotor comienza a girar. Por eso, el motor se denomina motor de inducción. Mediante inducción electromagnética, en lugar de conectarlo directamente al rotor para inducir electricidad, se introducen láminas aislantes de hierro en el rotor, de modo que el hierro de pequeño tamaño minimiza las pérdidas por corrientes parásitas.
2) Motor síncrono de CA
El rotor de un motor síncrono es diferente al de un motor asíncrono. El imán permanente está instalado en el rotor, que puede dividirse en uno de montaje superficial y uno empotrado. El rotor está hecho de chapa de acero al silicio y el imán permanente está empotrado. El estator también está conectado a una corriente alterna con una diferencia de fase de 120°, que controla la magnitud y la fase de la corriente alterna sinusoidal. De esta manera, el campo magnético generado por el estator es opuesto al generado por el rotor, y el campo magnético gira. De esta manera, el estator es atraído por un imán y gira con el rotor. Ciclo tras ciclo se genera por absorción entre el estator y el rotor.
Conclusión: El sistema de accionamiento de motores para vehículos eléctricos se ha generalizado, pero no es único, sino diversificado. Cada sistema de accionamiento de motores tiene su propio índice de aplicación. Cada sistema se aplica en los sistemas de accionamiento de vehículos eléctricos existentes. La mayoría son motores asíncronos y motores síncronos de imanes permanentes, mientras que algunos buscan motores de reluctancia de conmutación. Cabe destacar que el sistema de accionamiento de motores integra tecnología de electrónica de potencia, tecnología microelectrónica, tecnología digital, tecnología de control automático, ciencia de materiales y otras disciplinas para reflejar las amplias perspectivas de aplicación y desarrollo de múltiples disciplinas. Es un fuerte competidor en el mercado de motores para vehículos eléctricos. Para tener un lugar en los vehículos eléctricos del futuro, todos los tipos de motores necesitan no solo optimizar su estructura, sino también explorar constantemente los aspectos inteligentes y digitales del sistema de control.
Hora de publicación: 30 de enero de 2023
