Elektrikli Araç Güç Aktarma Sistemleri — Motor, İnverter ve Redüksiyon Dişlisi

0. Bu makalenin açıkladığı konular

• Akü, invertör, motor, redüktör ve diferansiyelin enerjiyi dönüştürme sırası.

• PMSM ve indüksiyon motorları arasındaki tork, verimlilik, malzeme ve termal farklılıklar.

• Hyundai E-GMP gibi entegre elektrikli tahrik sistemleri, rejeneratif frenleme, soğutma ve güvenlik.

1. Özetle: Bir EV güç aktarma sistemi nedir?

Bir EV güç aktarma sistemi, yüksek voltajlı akü DC'sini bir invertör ile üç fazlı motor gücüne dönüştürür, ardından elektromanyetik torku bir redüktör dişlisi, diferansiyel ve tekerlekler aracılığıyla gönderir. Bir motorun dar hız aralığına uyması için gereken çok hızlı vites kutusunu atlayabilir, ancak akü voltajı, yarı iletken anahtarlama ve motorun manyetik ve termal tasarımı menzili ve performansı belirler.

2. Enerji Akışı

Şekil 1 — Tahrik gücü bataryadan tekerleklere akar; rejenerasyon bunu tersine çevirir. İnvertör, çift yönlü bir güç dönüştürücüdür.

3. Motor torku

Basitleştirilmiş bir yüzey-PMSM modeli için elektromanyetik tork şöyledir:

burada p kutup çifti sayısı, \psi_f mıknatıs akısı ve i_q dönen alana dik olan q eksen akımıdır. Yüksek hızda, geri EMF batarya voltajına yaklaşır, bu nedenle alan zayıflatma d eksen akımını kullanır. İnvertör, bir konum sensöründen veya sensörsüz bir gözlemciden gelen elektriksel açıyı takip eder.

Bir indüksiyon motoru, kalıcı mıknatıslar yerine kayma kaynaklı rotor akımı kullanır. Nadir toprak mıknatıslarından kaçınır, ancak rotor bakır kaybına sahiptir, bu da düşük yük verimliliğini ve kontrol optimizasyonunu zorlaştırır. Önemli. Günlük sürüş için PMSM ve yüksek hız veya malzeme kısıtlamaları için indüksiyon sadece bir kısayoldur; aks sayısı, termal kapasite, maliyet ve geri dönüşüm birlikte değerlendirilmelidir.

4. İnverter ve redüktör

Üç fazlı, iki seviyeli bir inverter, PWM ortalama voltajını sentezlemek için ölü zaman ile altı anahtarı çalıştırır. Kabaca bir kayıp tahmini şöyledir:

Daha yüksek f_s akım dalgalanmasını ve akustik gürültüyü azaltır, ancak kayıp ve EMI'yi artırır. SiC MOSFET'ler yüksek voltajlı, yüksek sıcaklıklı, yüksek hızlı çalışma için uygundur; silikon IGBT'ler maliyet ve olgunluk açısından güçlü kalmaktadır.

Bir motor yüksek hızda kompakt hale getirilebildiği için, sabit bir redüktör torku katlar. Motor, inverter ve dişli verimlilikleri \eta_m, \eta_i ve \eta_g ile,

Aralık şunlara bağlıdır: Düşük yük, otoyol hızı ve eğimlerdeki döngü ortalama verimliliği—zirve verimliliği değil.

5. Mevcut platform örneği

Hyundai Motor Grubu, E-GMP'yi bir motor, EV şanzımanı (redüktör) ve invertör içeren entegre bir PE sistemi olarak tanımlıyor. Dört çekerli bir araç, sürtünmeyi azaltmak için kullanılmayan bir motoru mekanik olarak ayırabilir. Üreticiler arasında isimler farklılık gösterse de, batarya, güç kontrol ünitesi, tahrik motoru, redüktör ve soğutma giderek daha kısa bir yüksek voltaj modülüne paketleniyor.

6. Rejenerasyon ve sürtünme frenleri

Gaz pedalı bırakıldığında, motor bir jeneratör görevi görür ve tekerlek kinetik enerjisini bataryaya geri verir. Yüksek SOC, soğuk sıcaklık, şarj gücü sınırları veya düşük çekiş rejenerasyonu kısıtlayabilir, bu nedenle hidrolik sürtünme frenleri kalan kısmı üstlenir. Birleştirilmiş bir kontrolör, istenen yavaşlamayı a_{req} rejeneratif bir kısım a_{regen} ve sürtünmeli bir kısım a_{fric} olarak böler.

Bu, pedal hissini ve durma mesafesini korur. ABS/ESC devreye girdiğinde, rejenerasyon hızla devre dışı bırakılmalı ve dört tekerlekli sürtünmeli frenleme devreye girmelidir.

7. Konfigürasyonların Karşılaştırılması

8. Zorlu koşullar ve güvenlik

Pil iç direnci ve çıkışı değişkenlik gösterir Sıcaklıkla birlikte; motorlar ve invertörler kısa bir tepe noktasından sonra termal olarak doyuma ulaşır. Daha fazla soğutma sıvısı akışı da pompa gücünü tüketir, bu nedenle sürüş döngüsünden paylaşımlı veya ayrı devreler seçilmelidir. İzolasyon direnci, ön şarj, kontaktörler, yüksek voltaj izolasyonu ve artık voltaj göstergesi, güvenlik gereksinimleri kadar performans gereksinimleridir.

9. Pratik Seçimler

• Çoğunlukla şehir içi: düşük hız torkuna, düzgün rejenerasyona ve düşük yük verimliliğine öncelik verin; sabit redüksiyon temeldir.

• Çoğunlukla otoyol: gerçek sürüş döngüsünde motorun azami hızını, alan zayıflama kaybını ve iki hızlı kademenin kütlesini karşılaştırın.

• Kar ve SUV'lar: rejenerasyon kaldırıldığında çift motor tork tepkisini ve sürtünme freni geçişini değerlendirin.

• Ticari ve çekme: sürekli termal kapasiteye, soğutma yedekliliğine, dişli ömrüne ve yüksek voltaj servis prosedürlerine öncelik verin.

10. Üç satırlık özet

Bir EV İnverter, motor ve redüktör aracılığıyla batarya DC'sini tekerlek torkuna dönüştürür.

PMSM ile indüksiyon, SiC ile silikon ve sabit ile çok hızlı redüksiyon, verimlilik, malzeme, ısı ve maliyet arasında sistem ödünleşmeleridir.

Menzil, yalnızca karma frenleme, yüksek voltaj izolasyonu ve çevrim ortalama verimliliği dahil edildikten sonra belirlenir.

Referanslar

• Hyundai E-GMP duyurusu
• Hyundai E-GMP güç elektrik sistemi
• [Toyota yüksek voltaj sistemi güvenliği] belge](https://techinfo.toyota.com/t3Portal/document/erg/T-ERG-016-D/pdf/T-ERG-016-D.pdf)
• IEEE Güç Elektroniği Topluluğu