Sistem Penggerak Kendaraan Listrik — Motor, Inverter, dan Gigi Reduksi

0. Apa yang dijelaskan dalam artikel ini

• Urutan transformasi energi oleh baterai, inverter, motor, reduktor, dan diferensial.

• Perbedaan torsi, efisiensi, material, dan termal antara motor PMSM dan motor induksi.

• Penggerak listrik terintegrasi seperti Hyundai E-GMP, pengereman regeneratif, pendinginan, dan keselamatan.

1. Intinya: apa itu sistem penggerak EV?

Sistem penggerak EV mengubah tegangan tinggi DC baterai menjadi daya motor tiga fasa dengan inverter, kemudian mengirimkan torsi elektromagnetik melalui roda gigi reduksi, diferensial, dan roda. Sistem ini dapat menghilangkan gearbox multi-kecepatan yang dibutuhkan untuk menyesuaikan rentang kecepatan mesin yang sempit, tetapi tegangan baterai, switching semikonduktor, dan desain magnetik dan termal motor menentukan jangkauan dan kinerja.

2. Aliran Energi

Gambar 1 — Daya penggerak mengalir dari baterai ke roda; regenerasi membalikkannya. Inverter adalah konverter daya dua arah.

3. Torsi Motor

Untuk penyederhanaan Model surface-PMSM, torsi elektromagnetik adalah

di mana p adalah jumlah pasangan kutub, \psi_f fluks magnet, dan i_q arus sumbu q yang tegak lurus terhadap medan putar. Pada kecepatan tinggi, EMF balik mendekati tegangan baterai, sehingga pelemahan medan menggunakan arus sumbu d. Inverter mengikuti sudut listrik dari sensor posisi atau pengamat tanpa sensor.

Motor induksi menggunakan arus rotor yang diinduksi slip daripada magnet permanen. Motor ini menghindari magnet tanah jarang tetapi memiliki kerugian tembaga rotor, sehingga efisiensi beban rendah dan optimasi kontrol menjadi penting. PMSM untuk penggerak sehari-hari dan induksi untuk kecepatan tinggi atau kendala material hanyalah jalan pintas; jumlah poros, kapasitas termal, biaya, dan daur ulang harus dievaluasi bersama.

4. Inverter dan reduktor

Inverter tiga fasa, dua tingkat menggerakkan enam sakelar dengan waktu mati untuk mensintesis tegangan rata-rata PWM. Perkiraan kerugian kasar adalah

f_s yang lebih tinggi menurunkan riak arus dan kebisingan akustik tetapi meningkatkan kerugian dan EMI. MOSFET SiC cocok untuk operasi tegangan tinggi, suhu tinggi, dan kecepatan tinggi; IGBT silikon tetap kuat dalam hal biaya dan kematangan.

Karena motor dapat dibuat kompak pada kecepatan tinggi, reduktor tetap melipatgandakan torsi. Dengan efisiensi motor, inverter, dan roda gigi \eta_m, \eta_i, dan \eta_g,

Jangkauan bergantung pada efisiensi rata-rata siklus pada beban rendah, kecepatan jalan raya, dan kemiringan—bukan efisiensi puncak.

5. Contoh platform saat ini

Hyundai Motor Group mendeskripsikan E-GMP sebagai sistem PE terintegrasi yang berisi motor, transmisi EV (reduktor), dan inverter. Kendaraan AWD dapat secara mekanis memutus motor yang tidak digunakan untuk mengurangi hambatan. Nama-nama berbeda di antara pabrikan, tetapi baterai, unit kontrol daya, motor penggerak, reduktor, dan pendingin semakin banyak dikemas ke dalam modul tegangan tinggi yang pendek.

6. Regenerasi dan rem gesekan

Saat pedal gas dilepas, motor bertindak sebagai generator dan mengembalikan energi kinetik roda ke baterai. SOC tinggi, suhu dingin, batas daya pengisian, atau traksi rendah dapat membatasi regenerasi, sehingga rem gesekan hidrolik mengambil alih sisanya. Pengontrol gabungan membagi deselerasi yang diminta a_{req} menjadi bagian regeneratif a_{regen} dan bagian gesekan a_{fric} sebagai

Ini mempertahankan rasa pedal dan jarak pengereman. Ketika ABS/ESC turun tangan, regenerasi harus dihilangkan dengan cepat dan pengereman gesekan empat roda harus mengambil alih.

7. Membandingkan konfigurasi

8. Kondisi sulit dan keselamatan

Resistansi internal dan output baterai bervariasi dengan suhu; motor dan inverter jenuh secara termal setelah puncak singkat. Aliran pendingin yang lebih banyak juga mengkonsumsi daya pompa, sehingga loop bersama atau terpisah harus dipilih dari siklus penggerak. Resistansi isolasi, pra-pengisian, kontaktor, isolasi tegangan tinggi benturan, dan indikasi tegangan sisa merupakan persyaratan kinerja sekaligus keselamatan. persyaratan.

9. Pilihan Praktis

• Sebagian besar perkotaan: prioritaskan torsi kecepatan rendah, regenerasi yang halus, dan efisiensi beban rendah; reduksi tetap adalah dasar.

• Sebagian besar jalan tol: bandingkan kecepatan maksimum motor, kehilangan pelemahan medan, dan massa tahap dua kecepatan pada siklus penggerak aktual.

• Salju dan SUV: evaluasi respons torsi motor ganda dan transisi rem gesekan ketika regenerasi dihilangkan.

• Komersial dan penarik: prioritaskan kapasitas termal kontinu, redundansi pendinginan, umur gigi roda gigi, dan prosedur servis tegangan tinggi.

10. Ringkasan Tiga Baris

Kendaraan listrik mengubah DC baterai menjadi torsi roda melalui inverter, motor, dan reduktor.

PMSM versus induksi, SiC versus silikon, dan reduksi tetap versus multi-kecepatan adalah pertimbangan sistem di antara efisiensi, material, panas, dan biaya.

Jangkauan ditetapkan hanya setelah pengereman campuran, isolasi tegangan tinggi, dan efisiensi rata-rata siklus disertakan.