המבנה והעיצוב של רכב חשמלי טהור שונים מאלה של רכב מסורתי המונע על ידי מנוע בעירה פנימית. זוהי גם מערכת הנדסית מורכבת. יש לשלב טכנולוגיית סוללות חשמל, טכנולוגיית הנעה מנועית, טכנולוגיית רכב ותורת בקרה מודרנית כדי להשיג תהליך בקרה אופטימלי. בתוכנית הפיתוח של מדע וטכנולוגיית רכב חשמלי, המדינה ממשיכה לדבוק במערך המחקר והפיתוח של "שלושה אנכיים ושלושה אופקיים", ומדגישה עוד יותר את המחקר על טכנולוגיות מפתח נפוצות של "שלושה אופקיים" בהתאם לאסטרטגיית הטרנספורמציה הטכנולוגית של "הנעה חשמלית טהורה", כלומר, המחקר על מנוע הנעה ומערכת הבקרה שלו, סוללת חשמל ומערכת הניהול שלה, ומערכת בקרת מערכת ההינע. כל יצרן גדול מגבש את אסטרטגיית פיתוח העסקים שלו בהתאם לאסטרטגיית הפיתוח הלאומית.
המחבר ממיין את הטכנולוגיות המרכזיות בתהליך הפיתוח של מערכת הנעה אנרגטית חדשה, ומספק בסיס תיאורטי והתייחסות לתכנון, בדיקה וייצור של מערכת ההנעה. התוכנית מחולקת לשלושה פרקים לניתוח הטכנולוגיות המרכזיות של הנעה חשמלית במערכת ההנעה של כלי רכב חשמליים טהורים. היום, נציג תחילה את העיקרון והסיווג של טכנולוגיות הנעה חשמליות.
איור 1 חוליות מפתח בפיתוח מערכת הנעה
נכון לעכשיו, טכנולוגיות המפתח של מערכת הנעה לרכב חשמלי טהור כוללות את ארבע הקטגוריות הבאות:
איור 2 טכנולוגיות מפתח מרכזיות של מערכת הנעה
הגדרת מערכת המנוע הנעה
בהתאם למצב סוללת הרכב ולדרישות הכוח של הרכב, היא ממירה את האנרגיה החשמלית המופקת על ידי התקן לייצור חשמל לאגירת אנרגיה מובנה לאנרגיה מכנית, והאנרגיה מועברת לגלגלי ההנעה דרך התקן השידור, וחלקים מהאנרגיה המכנית של הרכב מומרים לאנרגיה חשמלית ומוזנים בחזרה להתקן אחסון האנרגיה כאשר הרכב בולם. מערכת ההנעה החשמלית כוללת מנוע, מנגנון תמסורת, בקר מנוע ורכיבים אחרים. תכנון הפרמטרים הטכניים של מערכת הנעת אנרגיה חשמלית כולל בעיקר הספק, מומנט, מהירות, מתח, יחס הילוכים, קיבול אספקת חשמל, הספק יציאה, מתח, זרם וכו'.
1) בקר מנוע
נקרא גם ממיר, הוא הופך את הזרם הישיר המוקלט על ידי חבילת הסוללות לזרם חילופין. רכיבים מרכזיים:
◎ IGBT: מתג אלקטרוני להספק, עיקרון: באמצעות הבקר, זרוע גשר ה-IGBT שולטים לסגירה של תדר מסוים ומתג רצף ליצירת זרם חילופין תלת פאזי. על ידי שליטה בסגירת מתג האלקטרוני להספק, ניתן להמיר את מתח החילופין. לאחר מכן נוצר מתח AC על ידי שליטה במחזור העבודה.
קיבול סרט: פונקציית סינון; חיישן זרם: גילוי זרם של סליל תלת פאזי.
2) מעגל בקרה והנעה: לוח בקרת מחשב, IGBT הנעה
תפקידו של בקר המנוע הוא להמיר זרם ישר לזרם חילופין, לקבל כל אות ולפלט את ההספק והמומנט המתאימים. רכיבים מרכזיים: מתג אלקטרוני להספק, קבל סרט, חיישן זרם, מעגל בקרה להנעה לפתיחת מתגים שונים, יצירת זרמים בכיוונים שונים ויצירת מתח חילופין. לכן, ניתן לחלק את זרם החילופין הסינוסואידי למלבנים. שטח המלבנים מומר למתח בעל גובה זהה. ציר ה-x מממש את בקרת האורך על ידי שליטה במחזור העבודה, ולבסוף מממש את ההמרה המקבילה של השטח. בדרך זו, ניתן לשלוט בהספק הישר כדי לסגור את זרוע גשר ה-IGBT בתדר מסוים ולמתג ברצף דרך הבקר כדי לייצר הספק AC תלת פאזי.
כיום, הרכיבים המרכזיים של מעגל ההינע מסתמכים על יבוא: קבלים, צינורות מתג IGBT/MOSFET, רכיבי עיבוד שבבי (DSP), שבבים אלקטרוניים ומעגלים משולבים, שניתן לייצר באופן עצמאי אך בעלי קיבולת חלשה: מעגלים מיוחדים, חיישנים, מחברים, שניתן לייצר באופן עצמאי: ספקי כוח, דיודות, סלילים, מעגלים רב-שכבתיים, חוטים מבודדים, רדיאטורים.
3) מנוע: להמיר זרם חילופין תלת פאזי למכונות
◎ מבנה: כיסויי קצה קדמיים ואחוריים, קונכיות, פירים ומיסבים
מעגל מגנטי ◎: ליבת סטטור, ליבת רוטור
מעגל ◎: סליל סטטור, מוליך רוטור
4) מכשיר שידור
תיבת ההילוכים או המפחית הופכים את מומנט המהירות המופק מהמנוע למהירות ומומנט הנדרשים על ידי הרכב כולו.
סוג מנוע הנעה
מנועי ההנעה מחולקים לארבע קטגוריות הבאות. נכון לעכשיו, מנועי אינדוקציה AC ומנועים סינכרוניים מגנט קבוע הם הסוגים הנפוצים ביותר של כלי רכב חשמליים חדשים. לכן אנו מתמקדים בטכנולוגיית מנוע אינדוקציה AC ומנוע סינכרוני מגנט קבוע.
| מנוע DC | מנוע אינדוקציה AC | מנוע סינכרוני מגנט קבוע | מנוע רתיעה ממותג | |
| יִתרוֹן | עלות נמוכה יותר, דרישות נמוכות של מערכת בקרה | עלות נמוכה, כיסוי הספק רחב, טכנולוגיית בקרה מפותחת, אמינות גבוהה | צפיפות הספק גבוהה, יעילות גבוהה, גודל קטן | מבנה פשוט, דרישות נמוכות של מערכת בקרה |
| חִסָרוֹן | דרישות תחזוקה גבוהות, מהירות נמוכה, מומנט נמוך, אורך חיים קצר | שטח יעיל קטן צפיפות הספק נמוכה | עלות גבוהה יכולת הסתגלות סביבתית נמוכה | תנודות מומנט גדולות רעש עבודה גבוה |
| בַּקָשָׁה | רכב חשמלי קטן או מיניאטורי במהירות נמוכה | רכב עסקי חשמלי ומכוניות נוסעים | רכב עסקי חשמלי ומכוניות נוסעים | רכב בעל כוח מעורבב |
1) מנוע אסינכרוני אינדוקציה AC
עקרון הפעולה של מנוע אסינכרוני אינדוקטיבי AC הוא שהסליל יעבור דרך חריץ הסטטור והרוטור: הוא מוערם על ידי יריעות פלדה דקות בעלות מוליכות מגנטית גבוהה. החשמל התלת-פאזי יעבור דרך הסליל. על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, ייווצר שדה מגנטי מסתובב, וזו הסיבה לסיבוב הרוטור. שלושת הסלילים של הסטטור מחוברים במרווח של 120 מעלות, ומוליך נושא הזרם מייצר סביבם שדות מגנטיים. כאשר אספקת החשמל התלת-פאזית מופעלת על סידור מיוחד זה, השדות המגנטיים ישתנו לכיוונים שונים עם שינוי הזרם החלופי בזמן מסוים, ויוצרים שדה מגנטי בעל עוצמת סיבוב אחידה. מהירות הסיבוב של השדה המגנטי נקראת מהירות סינכרונית. נניח שמוליך סגור ממוקם בפנים, על פי חוק פאראדיי, מכיוון שהשדה המגנטי משתנה, הלולאה תחוש את הכוח האלקטרומגנטי, אשר ייצור זרם בלולאה. מצב זה דומה ללולאת נושאת הזרם בשדה המגנטי, היוצרת כוח אלקטרומגנטי על הלולאה, והואן ג'יאנג מתחיל להסתובב. באמצעות משהו דומה לכלוב סנאי, זרם מתחלף תלת פאזי יפיק שדה מגנטי מסתובב דרך הסטטור, והזרם יושרה במוט הכלוב הסנאי וקוצר על ידי טבעת הקצה, כך שהרוטור יתחיל להסתובב, ולכן המנוע נקרא מנוע אינדוקציה. בעזרת אינדוקציה אלקטרומגנטית ולא חיבור ישיר לרוטור כדי לגרום חשמל, שבבי ליבת ברזל מבודדים ממולאים ברוטור, כך שהברזל הקטן מבטיח אובדן זרם מערבולת מינימלי.
2) מנוע סינכרוני AC
הרוטור של מנוע סינכרוני שונה מזה של מנוע אסינכרוני. מגנט קבוע מותקן על הרוטור, וניתן לחלקו לסוגים של הרכבה על פני השטח וסוגים של משובצים. הרוטור עשוי מלוח פלדת סיליקון, והמגנט הקבוע משובץ. הסטטור מחובר גם לזרם חילופין עם הפרש פאזה של 120, השולט בגודל ובפאזה של זרם החילופין בגל הסינוס, כך שהשדה המגנטי שנוצר על ידי הסטטור הפוך לזה שנוצר על ידי הרוטור, והשדה המגנטי מסתובב. בדרך זו, הסטטור נמשך על ידי מגנט ומסתובב יחד עם הרוטור. מחזור אחר מחזור נוצר על ידי ספיגת הסטטור והרוטור.
סיכום: הנעת המנוע לרכבים חשמליים הפכה למעשה למיינסטרים, אך היא אינה יחידה אלא מגוונת. לכל מערכת הנעה מנועית יש אינדקס מקיף משלה. כל מערכת מיושמת בהנעת רכבים חשמליים קיימת. רובם מנועים אסינכרוניים ומנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, בעוד שחלקם מנסים להחליף מנועי רילקטנס. ראוי לציין כי הנעת המנוע משלבת טכנולוגיית אלקטרוניקת הספק, טכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה, טכנולוגיה דיגיטלית, טכנולוגיית בקרה אוטומטית, מדעי החומרים ותחומים אחרים כדי לשקף את היישום המקיף וסיכויי הפיתוח של תחומים מרובים. זוהי מתחרה חזקה במנועי רכב חשמליים. על מנת לתפוס מקום ברכבים חשמליים עתידיים, כל סוגי המנועים צריכים לא רק לייעל את מבנה המנוע, אלא גם לחקור כל הזמן את ההיבטים החכמים והדיגיטליים של מערכת הבקרה.
זמן פרסום: 30 בינואר 2023
