Что входит в состав электропривода. Электропривод автомобиля: ключевые компоненты и принцип работы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое электропривод автомобиля. Из каких основных частей состоит электропривод. Как работает электропривод в автомобиле. Чем отличается электропривод от обычной трансмиссии.

Содержание

Что такое электропривод автомобиля

Электропривод автомобиля — это система, которая преобразует электрическую энергию в механическую для приведения транспортного средства в движение. Это ключевой элемент конструкции электромобилей и гибридных автомобилей.

Основные функции электропривода:

Преобразование электроэнергии в механическую энергию вращения колес
Управление скоростью и крутящим моментом
Рекуперация энергии при торможении
Обеспечение плавного хода и высокой эффективности

Основные компоненты электропривода

Электропривод автомобиля состоит из нескольких ключевых компонентов:

Электродвигатель

Электродвигатель — это сердце электропривода. Он преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения. Наиболее распространены синхронные двигатели на постоянных магнитах и асинхронные двигатели.

Силовая электроника

Силовая электроника включает инвертор и преобразователи. Инвертор преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный ток для питания электродвигателя. Он также управляет скоростью и крутящим моментом двигателя.

Редуктор

Редуктор согласует высокую скорость вращения электродвигателя с более низкой скоростью колес. Обычно используются одно- или двухступенчатые редукторы.

Система управления

Электронный блок управления координирует работу всех компонентов электропривода, обеспечивая оптимальные характеристики движения.

Принцип работы электропривода автомобиля

Работа электропривода автомобиля происходит следующим образом:

Аккумуляторная батарея подает постоянный ток на инвертор
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный и подает его на электродвигатель

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения
Через редуктор вращение передается на колеса автомобиля
Система управления координирует работу всех компонентов

При торможении электродвигатель работает как генератор, преобразуя кинетическую энергию обратно в электрическую для подзарядки батареи.

Преимущества электропривода перед обычной трансмиссией

По сравнению с традиционной трансмиссией автомобилей с ДВС, электропривод имеет ряд важных преимуществ:

Более высокий КПД (до 90% против 25-35% у ДВС)
Меньшее количество движущихся частей и выше надежность
Возможность рекуперации энергии торможения
Отсутствие вредных выбросов при эксплуатации
Плавность хода и быстрый отклик на педаль акселератора

Более компактные размеры и меньший вес

Перспективы развития электропривода в автомобилестроении

Электропривод становится ключевой технологией в автомобильной промышленности. Основные направления его развития:

Повышение удельной мощности и КПД электродвигателей
Совершенствование силовой электроники для увеличения эффективности
Разработка более компактных и легких конструкций
Интеграция электропривода с системами активной безопасности
Создание унифицированных платформ для разных типов электромобилей

По мере развития технологий электропривод будет все шире применяться не только в легковых автомобилях, но и в коммерческом транспорте.

Особенности конструкции электропривода для разных типов электромобилей

Конструкция электропривода может различаться в зависимости от типа и назначения электромобиля:

Городские электромобили

Для компактных городских электромобилей характерны:

Электродвигатели небольшой мощности (50-100 кВт)
Одноступенчатый редуктор
Передний или задний привод

Семейные электромобили

В семейных электромобилях среднего класса применяются:

Более мощные двигатели (100-200 кВт)
Двухступенчатые редукторы
Передний, задний или полный привод

Спортивные электромобили

Высокодинамичные спортивные электромобили оснащаются:

Несколькими мощными двигателями (суммарно до 1000 кВт)
Многоступенчатыми редукторами
Обязательно полным приводом

Заключение

Электропривод является ключевой системой современных электромобилей, обеспечивающей их высокую эффективность и экологичность. По мере совершенствования технологий электропривод будет становиться все более компактным, мощным и эффективным, способствуя дальнейшему развитию электрического транспорта.

1.2. Структура электропривода

Электропривод — это техническая система, предназначенная для приведения в движение рабочих органов машины и целенаправленного управления рабочими процессами, состоящая из электродвигательного, передаточного, преобразовательного и информационно-управляющего устройств [1].

Электродвигательное устройство — это электрический двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую — электромеханический преобразователь энергии. Двигатели могут быть различными по виду создаваемого ими движения: вращательного, линейного, шагового, вибрационные и др. Большинство используемых электродвигателей — это машины вращательного движения. Для передачи движения от электродвигателя к рабочему органу машины служит механическое передаточное устройство: редуктор, трансмиссия, ременная передача, канатная передача, кривошипно—шатунный механизм, передача винт-гайка и др. (см. рис. 1 .1). Передаточный механизм характеризуется коэффициентом передачи, представляющим собой отношение скорости на входе к скорости на выходе механизма.

В некоторых рабочих машинах (например, насосы, вентиляторы, центрифуги) механическое передаточное устройство, как правило, отсутствует.

Преобразовательное устройство — это преобразователь электрической энергии. Эти устройства применяются в регулируемом электроприводе для целенаправленного и экономичного изменения параметров движения электропривода: скорости, развиваемого момента и др. К электрическим преобразовательным устройствам относятся управляемые выпрямители, преобразователи частоты и другие. В нерегулируемых электроприводах преобразовательное устройство, как правило, отсутствует.

Рис. 1 .1. Механические передаточные устройства: а — редуктор; б — зубчато-реечная передача; в — барабанно-канатная передача; г — кривошипно-шатунный механизм; д — ременная передача; е — винтовая передача; ж — шарико-винтовая передача

Электрическое преобразовательное устройство обычно представляет собой преобразователь, выполненный на силовых полупроводниковых приборах: неуправляемых (диоды) и управляемых (тиристоры, запираемые тиристорьт, биполярные транзисторы с изолированньтм входом — ЮВТ, и другие).

Электродвигательное, передаточное и преобразовательное устройства образуют силовой канал электропривода (см. рис. 1 2), содержащийэлектрическую часть (сеть, преобразователь электрической энергии, электродвигатель) и механическую часть (подвижный элемент, например, ротор и вал электродвигателя, механическая передача, рабочий орган машины).

Рис.1.2. Структура силового канала электропривода

При работе электропривода в двигательном режиме электрическая энергия, поступающая из сети, преобразуется электродвигателем в механическую энергию, которая передается рабочему органу машины и расходуется на выполнение технологического процесса (резание в металлорежущих станках, подача воды насосами, подъем груза краном и т.п.). Во всех звеньях силового канала часть энергии теряется. Следует стремиться сокращать потери энергии при ее преобразовании и передаче. Энергетическую эффективность электропривода обычно оценивают посредством кпд, который при однонаправленном потоке энергии определяют как отношение полезной мощности на рабочем органе к потребляемой мощности

(1. 1.)

Кпд электропривода равен произведению кпд электрического, электромеханического преобразователей и механической передачи. Для того чтобы оценить кпд рабочей машины в целом, кпд электропривода нужно умножить на кпд самой рабочей машины η_рм

(например, насоса)

(1.2.)

Здесь Р_техн – технологически необходимая мощность для выполнения данного производственного процесса.

Электроприводы могут работать не только в двигательном, но и в тормозном режиме (например, спуск груза, принудительное торможение машины при останове и т.п.). В этом случае энергия торможения — потенциальная энергия спускаемого груза или кинетическая энергия движущихся масс, — поступает в электромеханический преобразователь, который работает в режиме генератора. Эта энергия за вычетом потерь и совершаемой рабочим органом в процессе торможения работы отдается в питающую сеть, если система допускает рекуперацию энергии. Если не допускает — избыток энергии рассеивается в балластном сопротивлении

R. Направление потока энергии в режиме торможения показано на рис. 1.2 пунктиром.

Важнейшей функцией электропривода является управление преобразованной механической энергией, т.е. управление технологическим процессом. Его реализует входящее в состав электропривода информационно-управляющее устройство. Общая структура электропривода показана на рис. 1 .3. Здесь пунктирной линией обведены элементы системы, входящие в состав электропривода и образующие силовой и информационный каналыэлектропривода.

Рис. 1 . 3 . Структура автоматизированной электромеханической системы

Информационно-управляющее устройство состоит из аппаратов управления и защиты, осуществляющих включение, пуск, останов электропривода и защиту от аварийных и аномальных режимов работы, а также из электронных и микропроцессорных устройств управления и датчиков технологических, механических и электрических параметров, характеризующих работу электропривода.

Совокупность информационных и управляющих устройств образует информационный канал электропривода, предназначенный для управления параметрами (координатами) электропровода в соответствии с требованиями технологического процесса. Важной функцией системы управления является также осуществление технологического процесса с минимальными затратами электрической энергии.

В последние годы информационный канал электропривода все в большей степени реализуется с использованием устройств управляющей вычислительной техники: промышленных компьютеров, программируемых контроллеров, микропроцессорных средств и систем. Это позволяет, в частности, управлять отдельными электроприводами от управляющих устройств более высокого уровня (АСУТП), объединяющих управление всеми производственными машинами, обслуживающими данный технологический процесс.

Тесты с ответами по теме Электропривод – пройти тест онлайн бесплатно

Авторам

8-800-333-85-44

Оформить заявку

Вход

Справочник
Онлайн-калькуляторы
Тесты с ответами

Выполним любые типы работ

Дипломные работы
Курсовые работы
Рефераты
Контрольные работы
Отчет по практике
Эссе

ТЭК

Контрольная работа
от 1 дня /
от 100 руб
Курсовая работа
от 5 дней /
от 1800 руб
Дипломная работа
от 7 дней /
от 7950 руб
Реферат
от 1 дня /
от 700 руб
Онлайн-помощь
от 1 дня /
от 300 руб

Оставляй заявку — и мы пройдем все тесты за тебя!

— основы

В этой статье мы рассмотрим основы трансмиссии электромобиля. Для видео-объяснения посетите наш канал YouTube

Что такое Powertrain?

Как следует из названия, трансмиссия обеспечивает питание автомобиля. Силовой агрегат относится к набору компонентов, которые генерируют мощность, необходимую для движения автомобиля, и передают ее на колеса.

Разница между силовыми агрегатами электромобилей и автомобилей с ДВС

Силовой агрегат электромобиля представляет собой более простую систему, состоящую из гораздо меньшего количества компонентов, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания.

Основные компоненты трансмиссии автомобиля с ДВС — Автомобиль с ДВС имеет сотни движущихся частей. Основными компонентами его трансмиссии являются двигатель, трансмиссия и карданный вал. Мощность вырабатывается двигателем и передается на карданный вал. Другие внутренние части и компоненты двигателя, дифференциалы, мосты, система контроля выбросов, выхлоп, система охлаждения двигателя и т. д. также включены в трансмиссию.

Аккумулятор — Аккумулятор состоит из нескольких литий-ионных элементов и хранит энергию, необходимую для работы автомобиля. Аккумуляторные блоки обеспечивают выход постоянного тока (DC).

Преобразователь постоянного тока в переменный – Постоянный ток, подаваемый аккумуляторной батареей, преобразуется в переменный ток и подается на электродвигатель. Эта передача мощности управляется сложным механизмом управления двигателем (также называемым электронным блоком управления трансмиссией), который регулирует частоту и величину напряжения, подаваемого на электродвигатель, чтобы управлять скоростью и ускорением в соответствии с указаниями водителя. инструкции передаются через ускорение/тормоз.

Электродвигатель — преобразует электрическую энергию в механическую, которая передается на колеса через трансмиссию с одним передаточным числом. Многие электромобили используют мотор-генераторы, которые также могут выполнять регенерацию.

Бортовое зарядное устройство – преобразует переменный ток, поступающий через зарядный порт, в постоянный и регулирует величину тока, поступающего в аккумуляторную батарею.

Помимо перечисленных выше основных компонентов, в силовом агрегате электромобиля имеется несколько аппаратных и программных компонентов. Электронные блоки управления (ЭБУ) — это в основном программы, интегрированные с компонентами трансмиссии, которые помогают обмениваться и обрабатывать данные, например. Упомянутый выше ЭБУ силового агрегата. В электромобиле есть несколько небольших ЭБУ, которые выполняют определенные функции. Связь между различными ECU в автомобиле обычно осуществляется по протоколу CAN. Другие примеры основных ЭБУ:

Система управления батареями (BMS): BMS постоянно отслеживает состояние батареи и несет ответственность за принятие необходимых мер в случае неисправности. BMS выполняет балансировку ячеек для обеспечения максимальной эффективности аккумуляторной батареи. Он отвечает за связь с другими ЭБУ и датчиками, а также с EVSE для управления зарядным входом, проверки текущего состояния заряда и обмена данными о характеристиках батареи.

Преобразователь постоянного тока в постоянный — Аккумуляторная батарея обеспечивает фиксированное напряжение, но требования к различным вспомогательным системам (например, стеклоочистителям, фарам, информационно-развлекательной системе, управлению зеркалами) в электромобиле могут различаться. Преобразователь постоянного тока помогает распределять питание по различным системам, преобразовывая выходную мощность аккумуляторной батареи до ожидаемого уровня. После преобразования питание подается на соответствующие ЭБУ меньшего размера через жгут проводов.

Система терморегулирования: Отвечает за поддержание оптимального диапазона рабочих температур компонентов трансмиссии.

Блок управления кузовным оборудованием (BCM): Блок BCM отвечает за контроль и управление функциями электронных аксессуаров, таких как электрические стеклоподъемники, зеркала, системы безопасности и контроля доступа к транспортным средствам.

Связанное чтение — Ведущие производители компонентов силовых агрегатов электромобилей в Индии.

Последнее обновление: 16 января 2020 г.

Подпишитесь и будьте в курсе

Подпишитесь сегодня бесплатно и будьте в курсе последних событий в области EV.

Основа электронной мобильности — электрические приводы

Новые модели транспортных средств основаны на эффективных решениях с электрическим приводом, чтобы сделать стратегии устойчивого развития OEM-производителей более эффективными, обеспечивая при этом комфорт и превосходные впечатления от вождения для своих потребителей.

Количество электрифицированных автомобилей на наших дорогах продолжает расти с каждым годом. Новые модели OEM-производителей нуждаются в эффективных решениях с электроприводом для удовлетворения растущих потребностей в выбросах CO2, предлагая потребителям комфортное вождение наряду с оптимальной производительностью и высоким уровнем удобства использования. Между тем, развитие отрасли показывает растущую потребность в специалистах, которые специализируются на электроприводах (EDU) и обладают необходимыми знаниями и опытом. Кроме того, легко адаптируемые и быстро развертываемые системные решения необходимы для сокращения общего времени разработки, что позволяет ускорить реализацию новых концепций электромобилей.

‍

Что такое EDU и почему они важны для электрификации трансмиссии?

‍

Блок электропривода (EDU) состоит из 3 основных модулей: силовой электроники, редуктора и электродвигателя. Все три должны работать в полной гармонии, чтобы автомобиль двигался.

EDU обеспечивают динамичное вождение, удовольствие от вождения и комфорт, а также экономию средств и эффективность всей системы. Основное назначение – эффективное преобразование электрической энергии в движение. Тип используемого источника энергии может варьироваться в каждом конкретном случае — от обычного электричества от зарядных станций или розеток, хранящегося в батареях, до топливных элементов — все возможно.

Силовая электроника отвечает за общее управление электронным приводом и преобразует постоянное напряжение мощных аккумуляторов в трехфазное переменное напряжение. Эта подсистема несет в себе логику всей системы EDU и регулирует ток двигателя. Для электрических и гибридных систем привода достижение максимальной эффективности считается более важным, чем максимальная мощность. Ожидается, что инвертор обеспечит высокую гибкость, долговечность, доступность мощности и позволит одновременно использовать переменное и максимальное напряжение. Чтобы обеспечить постоянный крутящий момент даже при самых высоких уровнях производительности, необходимо соблюдать строгие требования безопасности и соответствовать стандартам ISO, включая высшую классификацию безопасности ASIL уровня D для некоторых важных для безопасности системных функций с высоким риском.

Другими важными темами являются время зарядки и скорость зарядки. Требования к высоким возможностям зарядки требуют нового поколения инверторов, которые обеспечивают как можно более низкие потери в процессе зарядки, а также выдерживают чрезвычайно высокие напряжения. Поскольку силовая электроника управляет потоком тока между аккумулятором и двигателем, ее конструкция должна быть способна эффективно справляться с такими высокими токами. По этой причине все большую популярность приобретают инверторы на 800 В, обеспечивающие вдвое большую скорость зарядки по сравнению с инверторами на 400 В. Более высокая скорость зарядки достигается с помощью новых технологий, таких как полупроводники на основе карбида кремния, которые могут выдерживать даже более высокие обратные напряжения. Технология SiC теряет меньше тепла, чем обычные кремниевые полупроводники, что выводит силовую электронику на совершенно новый уровень.

Электродвигатель является ключевым элементом будущих силовых агрегатов электромобилей, поскольку он необходим как в гибридных, так и в чисто электрических транспортных средствах (подробнее о различных типах транспортных средств читайте здесь). Он преобразует электрическую энергию в механическую. В зависимости от постоянной и пиковой мощности электродвигатели можно разделить на разные диапазоны мощности. Некоторые новые модели транспортных средств уже относятся к категории 800 В. В зависимости от общих требований к производительности, установленных OEM-производителями, принимается решение о том, может ли один электродвигатель обеспечить желаемую мощность или необходимо несколько электродвигателей. В наших самых популярных вариантах EDU мощность электродвигателя передается на полуоси посредством многоступенчатой прямозубой или планетарной передачи и дифференциала.

‍

Трансмиссия в конечном счете отвечает за передачу крутящего момента от двигателя к колесам с наиболее эффективным передаточным числом. При выборе EDU количество передач в трансмиссии оказывает значительное влияние на сложность конструкции, функциональные возможности, общую производительность и эффективность системы, а также влияет на другие факторы, такие как размер электродвигателя и стоимость системы. Основное внимание уделяется, в частности, двум аспектам производительности: мощности ускорения и запасу хода. Для широкого спектра применений наиболее эффективными являются 1-2-ступенчатые передачи. В отличие от 1-ступенчатой трансмиссии, 2-ступенчатая трансмиссия позволяет увеличить запас хода и максимальную скорость при той же мощности ускорения. В многоступенчатых трансмиссиях трансмиссия должна иметь возможность переключения передач для обеспечения ускорения без разрыва тяги, что, как известно, характерно для электромобилей.

Коробки передач EDU, как правило, имеют дополнительные функции, такие как электрически активируемая блокировка парковки внутри электропривода, которая способствует безопасности автомобиля и предотвращает движение припаркованного автомобиля.

‍

Всеобъемлющим функциональным элементом, особенно актуальным в наше цифровое время с высокой степенью связи, является управляющее программное обеспечение . Он включает в себя функции регулирования и контроля привода транспортного средства. Блок управления, расположенный в силовой электронике, связывается с системами автомобиля высокого уровня. В автомобилях спрос на программное обеспечение стремительно растет. Приводными блоками необходимо управлять таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную эффективность. Однако, поскольку инвертор имеет ограничение, зависящее от его мощности, задачей управляющего программного обеспечения является достижение этого предела, чтобы полностью использовать потенциал и обеспечить максимальную производительность.

Эффективность систем электропривода в огромной степени зависит от достижений в программном управлении. Требуется высокая точность регистрации токов, напряжений и температур. В конце концов, программное обеспечение для точного управления уменьшает количество оборудования и материалов, необходимых для автомобиля.

Алгоритмы используются для оптимизации диапазона, всегда определяя наиболее эффективные характеристики вождения. Высококачественный дизайн программного обеспечения имеет важное значение. Начиная с этапа разработки, модели должны иметь возможность подробно представлять все желаемые программные функции и учитывать их на ранней стадии.

На технологии управления возлагаются все большие надежды в отношении безопасности. Нужны функции мониторинга и защиты, которые быстро выявляют неисправности автомобиля и оперативно их устраняют. Своевременное отключение питания при обнаружении неожиданного, непреднамеренного ускорения или включение тормоза, если транспортное средство ускоряется слишком быстро и теряет управление, — это лишь некоторые примеры таких функций. Все эти функции гарантируют, что потребители будут больше доверять электромобилям, тем самым ускоряя постепенное внедрение электромобилей.

Всеобъемлющая цель инженеров состоит в том, чтобы исключить как можно больше оборудования и воспроизвести функциональность программного обеспечения без ущерба для качества, чтобы добиться большей экономической эффективности и функциональности для клиентов. Разработчики программного обеспечения и приложений с системным подходом и сильным ноу-хау незаменимы для реализации желаемых функций в различных концепциях транспортных средств.

‍

Многофункциональность пользуется спросом в автомобильной промышленности и в значительной степени связан с электроприводами. В зависимости от индивидуальных предпочтений производители могут выбирать из широкого спектра архитектур и вариантов конфигурации. Преимуществом интегрированного системного подхода EDU является возможность быстрой, незначительной корректировки и адаптации.

Существующие варианты мощности E-motor и PEU предлагают большую гибкость в качестве элементов EDU и могут быть сконфигурированы для различных уровней мощности. Это сводит к минимуму сложности и затраты на разработку и позволяет производителям внедрять желаемые решения в концепции своих автомобилей в короткие сроки, что позволяет как можно быстрее вывести их на дорогу.

Большинство электроприводов различаются по своему оборудованию, тогда как наше управляющее программное обеспечение является гибким и может работать со всеми EDU независимо от их диапазона мощности благодаря своей гибкой конфигурации.

‍

Самые популярные варианты EDU – характеристики и возможности применения

Все наши варианты EDU имеют компактную конструкцию. Электроприводы различаются мощностью, крутящим моментом, передаточными числами. Они могут вместить все, от систем 12 В до высоких категорий мощности до 300 / 400 / 500 кВт. В зависимости от используемых электрических машин они развивают крутящий момент разной степени от 220 Нм до 300 Нм, до 450 Нм и более. Эти характеристики EDU зависят от требований к транспортному средству, веса, размера и доступного места для установки — для внедорожников требуется более крупный электропривод, чем для небольших автомобилей. Будь то коаксиальные, аксиально-параллельные или двойно-аксиально-параллельные, с разъединительной муфтой или без нее, трансмиссия hofer предлагает эти решения как стандартные решения, так и индивидуальные высокопроизводительные универсальные решения.

‍

В следующем разделе этой серии статей EDU мы представим наиболее популярные приводы вместе с их техническими параметрами. Мы проливаем свет на интересные сценарии применения EDU на рынке и знакомимся с последними разработками команд разработчиков силовых агрегатов hofer.

‍

Хотите узнать, как наши клиенты достигают максимальной эффективности с помощью стандартизированных и индивидуальных решений для электропривода в своих автомобилях? Оставайтесь с нами, и пусть ваши коллеги тоже получат пользу от наших Недель электрификации.