Chương 1 Tổng quan về hệ thống truyền động ô tô điện - Ở chương này một nghiên cứu cơ bản về thực trạng thị trường xe điện sẽ được trình bày. Sơ lượt về các cách bố trí hệ thống truyền động trên ô tô điện. Chương 2 Kết cấu bộ truyền động - Các giải pháp về công nghiệp ô tô, lưu trữ năng lượng và hệ thống truyền động cũng như các dự án hiện tại đều được nêu ra trong chương. Chương 3 Tính toán thiết kế bộ truyền động xe điện, ô tô điện - Các đặc điểm thiết kế chung được đánh giá.
Các thông số kỹ thuật xe cần thiết và hiệu suất của xe được xem xét, các thông số về các cặp bánh răng ăn khớp được tính toán. Tổng thể hộp số được thiết kế trên phần mềm Solidwork. Chương 4 Thiết kế, chế tạo mô hình - Phân tích lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cơ khí của bộ truyền động nhằm mô phỏng lại các chế độ vận hành trên xe thực tế. KẾT CẤU BỘ TRUYỀN ĐỘNG Hệ thống truyền động trên ô tô điện được chia làm 2 phần chính là hệ thống điều khiển và hệ thống cơ khí.
Tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và bàn đạp ga được tiếp nhận bởi bộ điều khiển sau đó tín hiệu được phân tích và truyền tới Inverter để điều khiển động cơ điện. Sơ đồ bộ điều khiển và dẫn động 2. Động cơ điện Hình 2. Đồ thị tốc độ mômen điển hình của động cơ điện Động cơ điện, trong các phương tiện truyền thống, hoạt động như bộ khởi động và máy phát điện để cung cấp năng lượng cần thiết cho động cơ đạt tốc độ không tải và cho bất kỳ tải điện phụ trợ nào (ví dụ: đèn và radio).
Trong xe điện, chúng là thành phần chính trong hệ thống truyền động. 10 Một động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện do pin cung cấp thành năng lượng cơ học để di chuyển xe. Nó cũng có thể hoạt động như một máy phát điện, thu năng lượng cơ học từ hộp số để sạc lại pin và, trên xe hybrid, chuyển đổi năng lượng cơ học từ động cơ thành năng lượng điện được cung cấp cho pin. Nói chung, chúng có phạm vi hoạt động rất rộng và hiệu quả hơn so với ICE.
Đường cong công suất mômen cổ điển mà động cơ điện phải tuân theo được trình bày trong (Hình 2.2), nó có thể được chia thành ba giai đoạn: Mô men xoắn không đổi (Constant Torque), Công xuất không đổi (Constant Power) và vùng tốc độ cao (High Speed). Trong giai đoạn đầu tiên, mô-men xoắn không đổi được áp dụng cho đến khi đạt được tốc độ cơ bản khi điện áp đầu ra của biến tần đạt đến giới hạn. Pha mô-men xoắn không đổi càng lớn thì gia tốc của xe càng cao. Đối với giai đoạn thứ hai, do bộ biến tần mở cả điện áp và dòng điện tối đa nên nó không thể cung cấp thêm năng lượng cho động cơ điện.
Vì vậy, để tăng tốc độ xe vượt quá điểm tốc độ cơ bản, mô-men xoắn đầu ra phải giảm bằng cách làm suy yếu từ thông. Giai đoạn cuối cùng, vùng tốc độ cao, nơi tốc độ xe rất cao, công suất không thể giữ không đổi và bộ biến tần làm giảm dòng điện cung cấp cho động cơ điện. Đối với PEV5 chổ, các giá trị điển hình cho động cơ điện là: công suất tối đa 270kw, mô-men xoắn cực đến 440 Nm và tốc độ tối đa đến 15400 vòng/phút. Dù là loại động cơ điện nào thì chúng đều có hai bộ phận chính là stato và rôto.
Rôto được liên kết với trục đầu ra nơi tạo ra mômen động cơ. Ngày nay, sự lựa chọn chính cho PEV là máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), là động cơ xoay chiều ba pha, vì các đặc tính phù hợp của nó liên quan đến hiệu suất, kích thước và tính đơn giản trong điều khiển. Bất chấp sự thống trị của PMSM trong ngành xe điện, các loại động cơ điện liên quan khác hiện đang được sử dụng là động cơ cảm ứng (IM) và động cơ chuyển mạch từ trở (SRM). Có những cách sắp xếp khác đáng được đề cập như động cơ DC, động cơ đồng bộ rôto dây quấn (WRSM) và PMSM lai (máy từ trở đồng bộ có bổ sung nam châm vĩnh cửu).
Ban đầu, động cơ DC là lựa chọn ưu tiên vì tính đơn giản trong điều khiển, tách từ thông và mô-men xoắn cũng như nhu cầu không cần thiết của bộ biến tần. Những hạn chế như bảo trì (bàn chải và vòng) và hiệu suất thấp đã dẫn đến sự gián đoạn của 11 nó. WRSM có ưu điểm là giảm dòng khởi động và tăng mô-men xoắn khởi động, nhưng chúng đòi hỏi phải bảo trì (bánh răng chổi than) và đắt tiền. PMSM lai mang đến sự tăng cường mô-men xoắn cơ bản cũng như tăng hiệu suất và công suất, duy trì không đổi cho đến tốc độ tối đa.
Độ gợn sóng mô-men xoắn và hệ số công suất thấp là những nhược điểm. Sơ đồ 4 loại động cơ Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM): Động cơ có hiệu suất cao hơn, công suất riêng và mật độ công suất. Chúng cũng nhỏ gọn hơn động cơ cảm ứng. Tuy nhiên, một công suất không đổi nhỏ vùng được liên kết với các động cơ này.
Kiểm soát góc dẫn của bộ biến điện ở tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản có thể tăng hiệu suất và mở rộng phạm vi tốc độ. Nó có thể được mở rộng đến ba hoặc bốn lần tốc độ cơ bản. Một trong những nhược điểm là khả năng khử từ do phản ứng phần ứng hoặc nhiệt độ quá cao. Động cơ DC không chổi than (BLDC) thường bị nhầm lẫn với PMSM vì chúng giống hệt nhau về nguyên lý tạo mô-men xoắn.
Cả hai đều là máy đồng bộ thực hiện việc kích thích rôto thông qua nam châm vĩnh cửu. Sự khác biệt chính là dạng sóng của dòng điện stato hình chữ nhật trong BLDC và dạng hình sin trong PMSM. Một số xe điện gần đây có nam châm gắn bên trong thay vì ở bề mặt rôto, điều này mang lại một số lợi thế như mô-men xoắn cao hơn (mô-men từ trở bổ sung) và nam châm được bảo vệ chống lại lực ly tâm cho phép tốc độ quay cao hơn. Động cơ PM cũng có thể được phân loại theo từ thông xuyên tâm, từ thông dọc trục hoặc từ thông ngang.
Trong khi động cơ từ thông hướng tâm là phổ biến nhất, thì động cơ từ thông hướng trục đang có lực kéo và dễ dàng tích hợp như động cơ trong 12 bánh xe do kích thước trục giảm. Động cơ PM thông lượng ngang vẫn đang trong giai đoạn phát triển nên chúng khá kém hiệu quả trong ngành công nghiệp ô tô điện. Động cơ cảm ứng (IM): là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ và ngày càng được OEMS chứng thực do trách nhiệm chi phí của các nguyên tố đất hiếm có trong nam châm đã tăng giá do nhu cầu cao và khan hiếm. Chúng có thể có rôto dây quấn nhưng thường thì lồng sóc được chọn vì nó đáng tin cậy hơn, chắc chắn hơn và hầu như không cần bảo trì.
Xe Tesla, Roadster và Model S, sử dụng những động cơ này vì với mức công suất cao, chúng đạt được hiệu suất cao hơn, đồng thời mô-men xoắn và tốc độ có thể được kiểm soát trơn tru hơn, mang lại sự ổn định và thoải mái hơn. Nhược điểm bao gồm mô-men xoắn đánh thủng (trong vùng công suất không đổi), hiệu suất kém hơn so với PMSM và hệ số công suất thấp. Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM): Động cơ SRM hiện được các OEM coi là một giải pháp khả thi trong tương lai. Nhìn chung, chúng được biết đến nhờ cấu trúc và điều khiển đơn giản, khả năng chịu lỗi, hiệu suất cao và vùng công suất không đổi nội tại rộng hơn.
Chúng cũng sở hữu đặc tính tốc độ mô-men xoắn tuyệt vời và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao và tốc độ quay lớn. Giống như động cơ cảm ứng, không cần nam châm đất hiếm và những hạn chế liên quan đến việc sử dụng nó. Một số trở ngại vẫn cần phải vượt qua như gợn sóng mô-men xoắn đáng kể và nhiễu điện từ. Nhờ điều khiển công tắc chính xác hơn, vấn đề nhiễu cao đã được giải quyết.
So sánh: Động cơ DC chổi than, mặc dù đã bắt đầu kỷ nguyên EV do kỹ thuật tiên tiến và chi phí thấp, nhưng lại cung cấp mật độ công suất thấp nhất, độ tin cậy không đủ và hiệu suất kém. Như đã nêu, nó cũng cần được bảo trì. Tất cả những sai sót này đã dẫn đến việc tìm kiếm các giải pháp mới và cuối cùng dẫn đến sự lỗi thời của nó trong ngành xe điện. PMSM, do có mật độ công suất cao nhất, công suất cao nhất cho cùng trọng lượng động cơ trong số các EM được đề cập, dẫn đầu thị trường EM dành cho xe điện.
Nó có hiệu quả tối đa trong phạm vi tốc độ giới hạn (thường ở tốc độ thấp), do đó nó được sử dụng trên các phương tiện chở khách nhỏ (phân khúc AB) vốn chủ yếu được sử dụng trong điều kiện giao thông trong thành phố. Với chi phí sản xuất thấp, độ tin cậy cao nhất và hiệu suất tổng thể tốt nhất trên toàn bộ dải tốc độ là đặc điểm của máy IM. Đó là sự lựa chọn ưu tiên khi một trong 13 những yêu cầu cần thiết là hiệu suất tốt trên dải tốc độ rộng (các xe ở phân khúc C đến F, ví dụ như Mercedes-Benz B-Class, Toyota RAV4 và Tesla S). Là những nhược điểm chính, mật độ năng lượng thận trọng và khả năng điều khiển theo định hướng hiện trường, chi phí đáng kể đã khiến thị trường xe cấp thấp bị loại bỏ.
Động cơ SRM tương tự như IM về hiệu suất và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, như đã chỉ ra trước đây, gợn sóng mô-men xoắn cao (ở tốc độ thấp) vẫn là tiêu chí loại trừ đối với hầu hết các nhà sản xuất. Hệ thống điều khiển Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm có: Hệ thống cung cấp năng lượng; hệ thống công suất, bộ điều khiển, các cảm biến (xem Hình 2. Thông tin từ mỗi cảm biến cũng như từ BMS (bộ phận thông minh của pin, ECU điều khiển trượt) được nhận và dựa trên thông tin này, mô-men xoắn và công suất đầu ra cần thiết được tính toán.
Bộ điều khiển trung tâm gửi kết quả tính toán đến biến tần với cụm bộ chuyển đổi và ECU điều khiển trượt. Đông thời đó bộ điều khiển trung tâm còn điều khiển hệ thống làm mát của pin cao áp. Sơ đồ hệ thống điều khiển 14 2. Bàn đạp ga Hình 2.