Die Kerntechnologie des Elektroantriebs für
Neue Energiefahrzeuge
Das elektrische Antriebssystem ist der Kernbestandteil von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen. Zu den Hauptkomponenten gehören Motoren, Motorsteuergeräte und Untersetzungsgetriebe. Diese Komponenten spielen im elektrischen Antriebssystem unterschiedliche Rollen und sorgen gemeinsam für einen effizienten und leistungsstarken Betrieb des Fahrzeugs.
1. Motor
Der Motor ist das Herzstück des elektrischen Antriebssystems. Seine Funktion besteht darin, die von der Batterie abgegebene elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um das Fahrzeug voranzutreiben. Zu den in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen häufig verwendeten Motoren gehören Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), Induktionsmotoren und geschaltete Reluktanzmotoren.
1.1 Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM)
Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist ein effizienter Hochleistungsmotor, der häufig in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen eingesetzt wird. Der effiziente Betrieb des Motors wird durch die Verwendung von Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfelds erreicht.
PMSM weist eine hohe Leistungsdichte, geringe Geräuschentwicklung und einen geringen Energieverbrauch auf und kann über einen weiten Drehzahlbereich einen hohen Wirkungsgrad erzielen. Darüber hinaus ist die Steuerungsstrategie von PMSM relativ ausgereift und kann eine präzise Drehmoment- und Drehzahlsteuerung erreichen.
1.2 Induktionsmotor
Ein Induktionsmotor ist ein Elektromotor, der nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitet. Das spezifische Arbeitsprinzip ist wie folgt:
Bei einem Induktionsmotor wird Wechselstrom durch den Stator geleitet und durch die Statorwicklungen wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Da der Rotor eines Induktionsmotors eine geschlossene Metallscheibe ist, werden beim Durchgang des rotierenden Magnetfelds durch den Rotor Wirbelströme im Rotor induziert. Diese Wirbelströme erzeugen ein umgekehrtes Magnetfeld, das mit dem Magnetfeld des Stators interagiert und ein Drehmoment erzeugt. Der Rotor beginnt sich zu drehen und dreht sich weiter, wenn sich das rotierende Magnetfeld ändert. Da die Drehzahl des Rotors nicht mit der Frequenz des rotierenden Magnetfelds Schritt hält, werden Induktionsmotoren auch als Asynchronmotoren bezeichnet.
Durch die Steuerung von Parametern wie Strom und Phasenfolge im Stator kann eine präzise Steuerung der Drehzahl, Lenkung und des Drehmoments des Induktionsmotors erreicht werden.
Induktionsmotoren zeichnen sich durch einfache Struktur, zuverlässigen Betrieb, einfache Wartung und relativ niedrige Kosten aus und eignen sich für die meisten Anwendungen, beispielsweise Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge, Industriemaschinen und Transport.
1.3 Geschalteter Reluktanzmotor
Das Funktionsprinzip eines geschalteten Reluktanzmotors (SRM) basiert auf dem Prinzip, dass der magnetische Fluss immer entlang des Pfades maximaler magnetischer Permeabilität geschlossen ist. Wenn die Mittellinien der Stator- und Rotorzähne nicht zusammenfallen und die magnetische Permeanz nicht maximal ist, erzeugt das Magnetfeld eine magnetische Anziehungskraft und bildet ein Reluktanzdrehmoment, wodurch sich der Rotor in die Position maximaler magnetischer Permeabilität dreht. Wenn jeder Phasenwicklung des Stators nacheinander Strom zugeführt wird, dreht sich der Motorrotor Schritt für Schritt in die entgegengesetzte Richtung der erregten Phasenfolge. Eine Änderung der Bestromungssequenz jeder Phase des Stators führt dazu, dass der Motor die Richtung ändert. Änderungen in der Richtung des Phasenstromflusses haben jedoch keinen Einfluss auf die Drehung des Rotors.
Der geschaltete Reluktanzmotor bietet die Vorteile eines einfachen Aufbaus, geringer Kosten, hoher Zuverlässigkeit, guter Startleistung und Geschwindigkeitsregelungsleistung, und auch die Steuervorrichtung ist relativ einfach. In praktischen Anwendungen weisen geschaltete Reluktanzmotoren jedoch Nachteile auf, wie große Drehmomentwelligkeit, hohe Geräuschentwicklung und die Notwendigkeit von Positionsdetektoren.
2. Motorsteuergerät
Das Motorsteuergerät ist ein zentraler Bestandteil des elektrischen Antriebssystems und für die Steuerung und Regelung des Motors verantwortlich. Zu den Hauptfunktionen des Motorsteuergeräts gehören: Empfangen der vom Fahrer eingegebenen Gaspedal- und Bremspedalsignale, Umwandeln der Pedalsignale in elektrische Signale und Senden dieser an das Motorsteuergerät; Überwachung von Parametern wie Batteriespannung, -strom und -temperatur, um sicherzustellen, dass die Motorsteuerung normal funktioniert; Steuern Sie die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors, um Fahrzeugbeschleunigung, -verzögerung, -bremsung und andere Vorgänge zu erreichen. Kommunizieren Sie über den CAN-Bus mit anderen Controllern, um das Stromversorgungssystem, das Steuerungssystem und das Sicherheitssystem usw. des Fahrzeugs zu koordinieren.
Die Motorsteuereinheit besteht aus Controller-Hardware und -Software. Die Controller-Hardware umfasst Mikrocontroller, Leistungsgeräte, Schutzschaltungen und Kommunikationsschnittstellen usw. und ist für die Umsetzung und Steuerung elektrischer Signale verantwortlich. Die Controller-Software ist für die Umsetzung der Motorsteuerungsstrategie, Fehlerdiagnose und Verarbeitungsfunktionen verantwortlich.
3. Reduzierer
Das Untersetzungsgetriebe ist eine der unverzichtbaren Komponenten im elektrischen Antriebssystem. Seine Funktion besteht darin, die Drehzahl des Motors zu reduzieren und das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen. Reduzierstücke bestehen normalerweise aus Zahnrädern, Lagern und Dichtungen. Abhängig von ihrer Struktur und Leistung können sie in Untersetzungsgetriebe, Planetengetriebe und Schneckengetriebe unterteilt werden.
In Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen werden häufig Planetengetriebe oder Schneckengetriebe verwendet. Das Planetengetriebe hat einen hohen Übertragungswirkungsgrad und eine geringe Größe und ist für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge geeignet. Schneckengetriebe haben ein größeres Ausgangsdrehmoment und einen geringeren Geräuschpegel und eignen sich für Fahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Last.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Elektromotor, die Motorsteuereinheit und das Untersetzungsgetriebe die Hauptkomponenten eines Elektroantriebssystems sind, die zusammenarbeiten, um einen effizienten und leistungsstarken Betrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie ist der Entwicklungstrend der zukünftigen Elektroantriebstechnologie Integration, Plattformisierung, hohe Effizienz und höhere Geschwindigkeit. Das Aufkommen und die Entwicklung dieser Trends werden viele Chancen und Herausforderungen mit sich bringen, und es ist auch notwendig, auf die Auswirkungen von Faktoren wie NVH, Kosten und Zuverlässigkeit zu achten.
