Struktur dan desain kendaraan listrik murni berbeda dari kendaraan yang digerakkan oleh mesin pembakaran internal tradisional. Ini juga merupakan rekayasa sistem yang kompleks. Diperlukan integrasi teknologi baterai daya, teknologi penggerak motor, teknologi otomotif, dan teori kontrol modern untuk mencapai proses kontrol yang optimal. Dalam rencana pengembangan ilmu dan teknologi kendaraan listrik, negara terus berpegang pada tata letak R&D "tiga vertikal dan tiga horizontal", dan lebih menekankan penelitian pada teknologi kunci umum "tiga horizontal" sesuai dengan strategi transformasi teknologi "penggerak listrik murni", yaitu penelitian pada motor penggerak dan sistem kontrolnya, baterai daya dan sistem manajemennya, serta sistem kontrol powertrain. Setiap produsen utama merumuskan strategi pengembangan bisnisnya sendiri sesuai dengan strategi pembangunan nasional.
Penulis menguraikan teknologi-teknologi kunci dalam proses pengembangan sistem penggerak energi baru, memberikan dasar teoritis dan referensi untuk desain, pengujian, dan produksi sistem penggerak tersebut. Rencana ini dibagi menjadi tiga bab untuk menganalisis teknologi-teknologi kunci penggerak listrik pada sistem penggerak kendaraan listrik murni. Hari ini, kita akan terlebih dahulu memperkenalkan prinsip dan klasifikasi teknologi penggerak listrik.
Gambar 1. Hubungan Kunci dalam Pengembangan Sistem Penggerak
Saat ini, teknologi kunci utama dari sistem penggerak kendaraan listrik murni mencakup empat kategori berikut:
Gambar 2 Teknologi Utama Inti dari Sistem Penggerak (Powertrain)
Definisi Sistem Motor Penggerak
Sesuai dengan status baterai daya kendaraan dan kebutuhan daya kendaraan, sistem ini mengubah energi listrik yang dihasilkan oleh perangkat pembangkit daya penyimpanan energi di dalam kendaraan menjadi energi mekanik, dan energi tersebut ditransmisikan ke roda penggerak melalui perangkat transmisi. Sebagian energi mekanik kendaraan juga diubah menjadi energi listrik dan dikembalikan ke perangkat penyimpanan energi saat kendaraan mengerem. Sistem penggerak listrik meliputi motor, mekanisme transmisi, pengontrol motor, dan komponen lainnya. Desain parameter teknis sistem penggerak energi listrik terutama meliputi daya, torsi, kecepatan, tegangan, rasio transmisi reduksi, kapasitansi catu daya, daya keluaran, tegangan, arus, dll.
1) Pengontrol motor
Disebut juga inverter, alat ini mengubah arus searah yang dimasukkan oleh baterai menjadi arus bolak-balik. Komponen inti:
◎ IGBT: sakelar elektronik daya, prinsip: melalui pengontrol, mengontrol lengan jembatan IGBT untuk menutup sakelar frekuensi dan urutan tertentu untuk menghasilkan arus bolak-balik tiga fasa. Dengan mengontrol sakelar elektronik daya untuk menutup, tegangan bolak-balik dapat dikonversi. Kemudian tegangan AC dihasilkan dengan mengontrol siklus kerja.
◎ Kapasitansi film: fungsi penyaringan; sensor arus: mendeteksi arus pada kumparan tiga fasa.
2) Sirkuit kontrol dan penggerak: papan kontrol komputer, IGBT penggerak
Peran pengontrol motor adalah untuk mengubah DC menjadi AC, menerima setiap sinyal, dan mengeluarkan daya dan torsi yang sesuai. Komponen inti: sakelar elektronik daya, kapasitor film, sensor arus, rangkaian penggerak kontrol untuk membuka sakelar yang berbeda, membentuk arus dalam arah yang berbeda, dan menghasilkan tegangan bolak-balik. Oleh karena itu, kita dapat membagi arus bolak-balik sinusoidal menjadi persegi panjang. Luas persegi panjang tersebut diubah menjadi tegangan dengan tinggi yang sama. Sumbu x mewujudkan kontrol panjang dengan mengontrol siklus kerja, dan akhirnya mewujudkan konversi setara dari luas tersebut. Dengan cara ini, daya DC dapat dikontrol untuk menutup lengan jembatan IGBT pada frekuensi tertentu dan sakelar berurutan melalui pengontrol untuk menghasilkan daya AC tiga fasa.
Saat ini, komponen utama rangkaian penggerak bergantung pada impor: kapasitor, tabung sakelar IGBT/MOSFET, DSP, chip elektronik dan sirkuit terpadu, yang dapat diproduksi sendiri tetapi memiliki kapasitas yang lemah: sirkuit khusus, sensor, konektor, yang dapat diproduksi sendiri: catu daya, dioda, induktor, papan sirkuit multilayer, kabel berisolasi, radiator.
3) Motor: mengubah arus bolak-balik tiga fasa menjadi tenaga mesin.
◎ Struktur: penutup ujung depan dan belakang, cangkang, poros, dan bantalan
◎ Rangkaian magnetik: inti stator, inti rotor
◎ Rangkaian: kumparan stator, konduktor rotor
4) Perangkat Pemancar
Gearbox atau reduktor mengubah torsi dan kecepatan yang dihasilkan oleh motor menjadi kecepatan dan torsi yang dibutuhkan oleh seluruh kendaraan.
Jenis motor penggerak
Motor penggerak dibagi menjadi empat kategori berikut. Saat ini, motor induksi AC dan motor sinkron magnet permanen adalah jenis yang paling umum digunakan pada kendaraan listrik energi baru. Oleh karena itu, kami fokus pada teknologi motor induksi AC dan motor sinkron magnet permanen.
| Motor DC | Motor Induksi AC | Motor Sinkron Magnet Permanen | Motor Reluktansi Switched | |
| Keuntungan | Biaya Lebih Rendah, Persyaratan Sistem Kontrol yang Rendah | Biaya rendah, Jangkauan daya luas, Teknologi kontrol yang canggih, Keandalan tinggi | Kepadatan daya tinggi, efisiensi tinggi, ukuran kecil. | Struktur Sederhana, Persyaratan Sistem Kontrol Rendah |
| Kerugian | Persyaratan perawatan tinggi, Kecepatan rendah, Torsi rendah, Masa pakai pendek | Area efisien kecil, Kepadatan daya rendah | Biaya tinggi, kemampuan adaptasi lingkungan yang buruk. | Fluktuasi torsi yang besar, kebisingan kerja yang tinggi. |
| Aplikasi | Kendaraan listrik kecil atau mini berkecepatan rendah | Kendaraan Bisnis Listrik dan Mobil Penumpang | Kendaraan Bisnis Listrik dan Mobil Penumpang | Kendaraan Tenaga Campuran |
1) Motor Induksi Asinkron AC
Prinsip kerja motor asinkron induktif AC adalah kumparan akan melewati alur stator dan rotor: kumparan tersebut tersusun dari lembaran baja tipis dengan konduktivitas magnetik tinggi. Listrik tiga fasa akan melewati kumparan. Menurut hukum induksi elektromagnetik Faraday, medan magnet berputar akan dihasilkan, yang merupakan alasan mengapa rotor berputar. Tiga kumparan stator dihubungkan dengan interval 120 derajat, dan konduktor pembawa arus menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Ketika catu daya tiga fasa diterapkan pada susunan khusus ini, medan magnet akan berubah arah dengan perubahan arus bolak-balik pada waktu tertentu, menghasilkan medan magnet dengan intensitas putaran yang seragam. Kecepatan putaran medan magnet disebut kecepatan sinkron. Misalkan sebuah konduktor tertutup ditempatkan di dalamnya, menurut hukum Faraday, karena medan magnet berubah-ubah, kumparan akan merasakan gaya gerak listrik, yang akan menghasilkan arus dalam kumparan. Situasi ini seperti kumparan pembawa arus dalam medan magnet, menghasilkan gaya elektromagnetik pada kumparan, dan baling-baling mulai berputar. Dengan menggunakan sesuatu yang mirip dengan sangkar tupai, arus bolak-balik tiga fasa akan menghasilkan medan magnet berputar melalui stator, dan arus akan diinduksi pada batang sangkar tupai yang dihubung pendek oleh cincin ujung, sehingga rotor mulai berputar, itulah sebabnya motor ini disebut motor induksi. Dengan bantuan induksi elektromagnetik, alih-alih terhubung langsung ke rotor untuk menginduksi listrik, serpihan inti besi isolasi diisi ke dalam rotor, sehingga ukuran besi yang kecil memastikan kehilangan arus eddy minimum.
2) Motor sinkron AC
Rotor motor sinkron berbeda dengan rotor motor asinkron. Magnet permanen dipasang pada rotor, yang dapat dibagi menjadi tipe terpasang di permukaan dan tipe tertanam. Rotor terbuat dari lembaran baja silikon, dan magnet permanen tertanam. Stator juga dihubungkan dengan arus bolak-balik dengan perbedaan fasa 120°, yang mengontrol ukuran dan fasa gelombang sinus arus bolak-balik, sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh stator berlawanan dengan yang dihasilkan oleh rotor, dan medan magnet berputar. Dengan cara ini, stator tertarik oleh magnet dan berputar bersama rotor. Siklus demi siklus dihasilkan oleh penyerapan stator dan rotor.
Kesimpulan: Penggerak motor untuk kendaraan listrik pada dasarnya telah menjadi arus utama, tetapi tidak tunggal melainkan beragam. Setiap sistem penggerak motor memiliki indeks komprehensifnya sendiri. Setiap sistem diterapkan pada penggerak kendaraan listrik yang ada. Sebagian besar adalah motor asinkron dan motor sinkron magnet permanen, sementara beberapa mencoba motor reluktansi switching. Perlu dicatat bahwa penggerak motor mengintegrasikan teknologi elektronika daya, teknologi mikroelektronika, teknologi digital, teknologi kontrol otomatis, ilmu material, dan disiplin ilmu lainnya untuk mencerminkan aplikasi komprehensif dan prospek pengembangan dari berbagai disiplin ilmu. Ini merupakan pesaing kuat dalam motor kendaraan listrik. Untuk menempati posisi di kendaraan listrik masa depan, semua jenis motor tidak hanya perlu mengoptimalkan struktur motor, tetapi juga terus mengeksplorasi aspek cerdas dan digital dari sistem kontrol.
Waktu posting: 30 Januari 2023
