Tamamen elektrikli bir aracın yapısı ve tasarımı, geleneksel içten yanmalı motorlu araçlardan farklıdır. Ayrıca karmaşık bir sistem mühendisliği gerektirir. Optimal bir kontrol süreci elde etmek için güç bataryası teknolojisi, motor tahrik teknolojisi, otomotiv teknolojisi ve modern kontrol teorisinin entegre edilmesi gerekir. Elektrikli araç bilim ve teknoloji geliştirme planında, ülke "üç dikey ve üç yatay" Ar-Ge düzenine bağlı kalmaya devam etmekte ve "tamamen elektrikli tahrik" teknoloji dönüşüm stratejisine göre "üç yatay" ortak anahtar teknolojiler üzerine yapılan araştırmaları daha da vurgulamaktadır; yani tahrik motoru ve kontrol sistemi, güç bataryası ve yönetim sistemi ile güç aktarma organı kontrol sistemi üzerine yapılan araştırmaları. Her büyük üretici, ulusal geliştirme stratejisine göre kendi iş geliştirme stratejisini formüle etmektedir.
Yazar, yeni enerji aktarma organlarının geliştirme sürecindeki temel teknolojileri sınıflandırarak, aktarma organlarının tasarımı, test edilmesi ve üretimi için teorik bir temel ve referans sunmaktadır. Plan, tamamen elektrikli araçların aktarma organlarındaki elektrikli tahrik teknolojilerinin analizini yapmak üzere üç bölüme ayrılmıştır. Bugün öncelikle elektrikli tahrik teknolojilerinin prensibini ve sınıflandırmasını tanıtacağız.
Şekil 1 Güç Aktarma Sistemi Geliştirmesinde Temel Bağlantılar
Şu anda, tamamen elektrikli araç güç aktarma sistemlerinin temel teknolojileri aşağıdaki dört kategoriyi kapsamaktadır:
Şekil 2 Güç Aktarma Sisteminin Temel Anahtar Teknolojileri
Tahrik Motor Sisteminin Tanımı
Araç güç bataryasının durumuna ve araç güç gereksinimlerine göre, araç üzerindeki enerji depolama güç üretim cihazı tarafından üretilen elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür ve bu enerji iletim cihazı aracılığıyla tahrik tekerleklerine iletilir; araç fren yaptığında ise araç mekanik enerjisinin bir kısmı elektrik enerjisine dönüştürülerek enerji depolama cihazına geri beslenir. Elektrikli tahrik sistemi motor, iletim mekanizması, motor kontrol ünitesi ve diğer bileşenleri içerir. Elektrikli enerji tahrik sisteminin teknik parametrelerinin tasarımı esas olarak güç, tork, hız, voltaj, azaltma oranı, güç kaynağı kapasitesi, çıkış gücü, voltaj, akım vb. unsurları kapsar.
1) Motor kontrol ünitesi
İnverter olarak da adlandırılan bu cihaz, güç batarya paketinden gelen doğru akımı alternatif akıma dönüştürür. Temel bileşenleri şunlardır:
◎ IGBT: Güç elektroniği anahtarı, çalışma prensibi: Kontrol ünitesi aracılığıyla, belirli bir frekansta ve sırayla IGBT köprü kolunun kapanması kontrol edilerek üç fazlı alternatif akım üretilir. Güç elektroniği anahtarının kapanması kontrol edilerek alternatif gerilim dönüştürülebilir. Daha sonra görev döngüsü kontrol edilerek AC gerilim üretilir.
◎ Film kapasitansı: filtreleme işlevi; akım sensörü: üç fazlı sargının akımını algılama.
2) Kontrol ve sürücü devresi: bilgisayar kontrol kartı, sürücü IGBT
Motor kontrol ünitesinin görevi, doğru akımı alternatif akıma dönüştürmek, her sinyali almak ve karşılık gelen güç ve torku üretmektir. Temel bileşenler: güç elektroniği anahtarı, film kondansatör, akım sensörü, farklı anahtarları açmak, farklı yönlerde akımlar oluşturmak ve alternatif gerilim üretmek için kontrol sürücü devresi. Bu nedenle, sinüzoidal alternatif akımı dikdörtgenlere bölebiliriz. Dikdörtgenlerin alanı, aynı yüksekliğe sahip bir gerilime dönüştürülür. X ekseni, görev döngüsünü kontrol ederek uzunluk kontrolünü gerçekleştirir ve son olarak alanın eşdeğer dönüşümünü gerçekleştirir. Bu şekilde, doğru akım gücü, kontrol ünitesi aracılığıyla belirli bir frekansta IGBT köprü kolunu kapatmak ve sıralı anahtarlama yapmak suretiyle üç fazlı alternatif akım gücü üretmek için kontrol edilebilir.
Şu anda, sürücü devresinin temel bileşenleri ithalata bağımlıdır: kapasitörler, IGBT/MOSFET anahtarlama tüpleri, DSP, elektronik çipler ve entegre devreler; bağımsız olarak üretilebilen ancak düşük kapasiteye sahip olan özel devreler, sensörler, konektörler; güç kaynakları, diyotlar, indüktörler, çok katmanlı devre kartları, yalıtımlı teller, radyatörler.
3) Motor: Üç fazlı alternatif akımı makine elektriğine dönüştürür.
◎ Yapı: ön ve arka uç kapakları, gövdeler, miller ve rulmanlar
◎ Manyetik devre: stator çekirdeği, rotor çekirdeği
◎ Devre: stator sargısı, rotor iletkeni
4) İletim Cihazı
Vites kutusu veya redüktör, motor tarafından üretilen tork hızını, tüm aracın ihtiyaç duyduğu hız ve torka dönüştürür.
Tahrik motorunun tipi
Tahrik motorları aşağıdaki dört kategoriye ayrılır. Şu anda, AC indüksiyon motorları ve kalıcı mıknatıslı senkron motorlar, yeni enerji elektrikli araçlarda en yaygın kullanılan tiplerdir. Bu nedenle, AC indüksiyon motoru ve kalıcı mıknatıslı senkron motor teknolojisine odaklanacağız.
| DC Motor | AC İndüksiyon Motoru | Kalıcı Mıknatıslı Senkron Motor | Anahtarlamalı Relüktans Motoru | |
| Avantaj | Daha düşük maliyet, düşük kontrol sistemi gereksinimleri. | Düşük maliyet, Geniş güç kapsamı, Gelişmiş kontrol teknolojisi, Yüksek güvenilirlik | Yüksek güç yoğunluğu, yüksek verimlilik, küçük boyut. | Basit yapı, düşük kontrol sistemi gereksinimleri. |
| Dezavantaj | Yüksek bakım gereksinimleri, düşük hız, düşük tork, kısa kullanım ömrü. | Küçük verimli alan | Düşük Güç Yoğunluğu | Yüksek maliyet, zayıf çevresel uyum yeteneği | Yüksek tork dalgalanması, yüksek çalışma gürültüsü |
| Başvuru | Küçük veya mini düşük hızlı elektrikli araç | Elektrikli Ticari Araçlar ve Binek Otomobiller | Elektrikli Ticari Araçlar ve Binek Otomobiller | Karma güçle çalışan araç |
1) AC Asenkron İndüksiyon Motoru
Bir AC endüktif asenkron motorun çalışma prensibi, sargının stator yuvasından ve rotordan geçmesidir: rotor, yüksek manyetik iletkenliğe sahip ince çelik levhalarla kaplanmıştır. Üç fazlı elektrik sargıdan geçer. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, dönen bir manyetik alan oluşur ve bu da rotorun dönmesinin nedenidir. Statorun üç bobini 120 derecelik aralıklarla bağlanmıştır ve akım taşıyan iletken, bunların etrafında manyetik alanlar oluşturur. Bu özel düzeneğe üç fazlı güç kaynağı uygulandığında, manyetik alanlar belirli bir zamanda alternatif akımın değişimiyle farklı yönlerde değişir ve düzgün dönen bir yoğunlukta manyetik alan oluşturur. Manyetik alanın dönme hızına senkron hız denir. İçine kapalı bir iletken yerleştirildiğini varsayalım; Faraday yasasına göre, manyetik alan değişken olduğu için, halka elektromotor kuvveti algılar ve bu da halkada akım oluşturur. Bu durum, manyetik alandaki akım taşıyan halkaya benzer; halka üzerinde elektromanyetik kuvvet oluşur ve rotor dönmeye başlar. Sincap kafesine benzer bir yapı kullanılarak, üç fazlı alternatif akım stator üzerinden dönen bir manyetik alan oluşturur ve bu akım, uç halka tarafından kısa devre yapılan sincap kafesi çubuğunda indüklenir, böylece rotor dönmeye başlar; bu nedenle motora indüksiyon motoru denir. Elektromanyetik indüksiyon yardımıyla, doğrudan rotora bağlanarak elektrik indüklenmek yerine, rotora yalıtkan demir çekirdek parçacıkları doldurulur, böylece küçük boyutlu demir, minimum girdap akımı kaybını sağlar.
2) AC senkron motor
Senkron motorun rotoru, asenkron motorun rotorundan farklıdır. Rotor üzerine kalıcı bir mıknatıs yerleştirilir ve bu mıknatıs yüzeye monte edilmiş ve gömülü tip olmak üzere ikiye ayrılabilir. Rotor silikon çelik levhadan yapılır ve kalıcı mıknatıs gömülüdür. Stator da 120 derecelik faz farkına sahip bir alternatif akımla bağlanır; bu akım sinüs dalgasının büyüklüğünü ve fazını kontrol ederek, stator tarafından üretilen manyetik alanın rotor tarafından üretilen manyetik alanın tersi yönde olmasını ve manyetik alanın dönmesini sağlar. Bu şekilde, stator bir mıknatıs tarafından çekilir ve rotorla birlikte döner. Stator ve rotorun birbirini çekmesiyle döngüler halinde hareket sağlanır.
Sonuç: Elektrikli araçlar için motor tahrik sistemleri temelde ana akım haline gelmiştir, ancak tek tip değil, çeşitlendirilmiştir. Her motor tahrik sisteminin kendine özgü kapsamlı bir endeksi vardır. Her sistem mevcut elektrikli araç tahrik sistemlerinde uygulanmaktadır. Bunların çoğu asenkron motorlar ve kalıcı mıknatıslı senkron motorlardır, bazıları ise anahtarlamalı relüktans motorlarını denemektedir. Motor tahrik sistemlerinin, güç elektroniği teknolojisi, mikroelektronik teknolojisi, dijital teknoloji, otomatik kontrol teknolojisi, malzeme bilimi ve diğer disiplinleri entegre ederek, çoklu disiplinlerin kapsamlı uygulama ve geliştirme potansiyelini yansıttığına dikkat çekmekte fayda var. Elektrikli araç motorlarında güçlü bir rakiptir. Gelecekteki elektrikli araçlarda yer edinmek için, her türlü motorun sadece motor yapısını optimize etmesi değil, aynı zamanda kontrol sisteminin akıllı ve dijital yönlerini de sürekli olarak araştırması gerekmektedir.
Yayın tarihi: 30 Ocak 2023
