מערכת הנעה חשמלית יבשתית EMR4 ניתוח

1.הקדמה   עם ההאצה המדהימה של כלי רכב חשמליים בשוק, גם ההבדלים בין המותגים, פלחי השוק והדגמים הולכים וגדלים, ולכן חשוב מאוד למקסם את הישימות של מערכת ההנעה החשמלית. מערכות הנעה חשמליות, כגון EMR3 (מערכת ההנעה החשמלית מהדור השלישי) המיוצרות בכמויות גדולות ו-EMR4 (מערכת ההנעה החשמלית מהדור השלישי) שנמצאות כעת בפיתוח, מתוכננות בשיטות אופטימיזציה רב-סטנדרטיות ברמת המערכת. בהשוואה לדור הקודם, EMR4 משפר את היעילות עד 5%, משפר משמעותית את מדרגיות ההספק ומפחית מאוד את העלות. שיפור היעילות והביצועים הוא המסלול והכיוון הטכניים שמציגה מערכת ההנעה החשמלית של הרכב כולו. על מנת לקדם את שיפור הביצועים של EMR4, שרשראות רבות המשפיעות על היעילות והביצועים של ההנעה החשמלית עברו אופטימיזציה לפרטים. למען מדרגיות, ממשקים פנימיים וחיצוניים רבים תוקננו גם כדי להבטיח ששלושת הרכיבים העיקריים - מהפך אלקטרוני, מנוע ומפחית - ניתנים לשילוב בצורה חופשית ככל האפשר על פי עקרון הדרישות המותאמות אישית. בהיבט של נוחות אקוסטית של מערכת הנעה חשמלית, הדגש הוא על הדמייה, בדיקה ואופטימיזציה של מאפייני הרעש (חומרת הרעש והרעידות) של המערכת על כל MAP העבודה. מתחילת הדרך, הפיתוח של EMR4 ספג את הניסיון הרלוונטי מהדורות הקודמים של מערכות הנעה חשמליות.   2.EMR4 ארכיטקטורה   לקבלת מדרגיות רבה יותר, המבנה הבסיסי של מערכת ההנעה החשמלית EMR4 השתנה בהשוואה ל-EMR3 הנוכחי. כל שלושת הרכיבים הבסיסיים (מהפך אלקטרוני כוח, מנוע ומפחית) מסודרים בקו ישר (משולבים צירים) ב-EMR4.         עם מבנה בסיסי זה, ניתן לחבר שני רכיבים הזקוקים לשונות הגדולה ביותר בעיצובים שונים, וניתן לממש את דרישות השינוי של תיבת ההילוכים המפחיתה בגודל המעטפת. סידור מוטבע זה מהווה את הבסיס למאפיינים ארכיטקטוניים מרכזיים של EMR4. התצורה הסטנדרטית המתוכננת במהלך תהליך הפיתוח (עבור כלי רכב בסעיפים A עד J2, כלומר, דרגת משקל הרכב היא מ-1,800 ק"ג עד 2,800 ק"ג) יכולה להיות מכוסה על ידי שלושה מימדים של אורך מנוע: 60 מ"מ (רמת כניסה), 90 מ"מ ( רמה בסיסית) או 105 מ"מ (רמה משופרת), כפי שמוצג באיור 2. על פי התכנון, מערכת ההנעה EMR4 החדשה שפותחה מספקת 80kW והספק מקסימלי של 230kW (10 שניות). טווח המומנט של מערכת ההנעה הוא בין 1,700Nm ל-4,000Nm (10 שניות), והיכולת להרחבה ניכרת במשקל המודול. בהתאם לדרישת ההספק של הכונן, משקלו נע בין 45 ק"ג ל-80 ק"ג. על פי תוצאות המחקר הקודמות, בהשוואה ל-EMR3, מערכת הנעה EMR4 יכולה להשיג יתרון יעילות של 5.6% ב-WLTP, שתהיה לה השפעה משמעותית על קילומטראז' הרכב. ערכים אלו מתקבלים על ידי אופטימיזציה שיטתית של מספר שרשראות אפקט מרכזיות במערכת ההנעה. פוטנציאל השיפור מומש באמצעות צעדים מפורטים רבים כאן. בהשוואה ל-EMR3 האופטימלי, היעילות של EMR4 עלתה במידה ניכרת, צפיפות ההספק גדלה ביותר מ-20%, אך העלות הופחתה עוד יותר. למרות ש-EMR4 עושה שימוש בחומרים איכותיים במקומות רבים, היתרונות הטכניים של החומרים מאפשרים לחסוך בעלויות נוספות בתחומים אחרים ולייעל את העלויות.   2.1 אדריכלות ומנוע   הקוטר של מנוע ה-PSM (קוטר המעטפת שלו) תוכנן עבור קיבוע ה-EMR4 המשולב. קוטר הסטטור החיצוני של מנוע הפלטפורמה R4 הוא 208 מ"מ, שהוא מעט יותר מ-20 מ"מ בהשוואה למנוע EMR4. עם זאת, אמצעי התכנון לשיפור ביצועי המנוע הפחיתו את האורך הצירי של מנוע EMR4 בכמעט חצי בהשוואה לכונן הצירי הנוכחי (90 מ"מ במקום 175 מ"מ). כעת לסטטור יש לפחות ארבע שכבות לכל חריץ (במקום שתי שכבות ב-EMR3). מספר הקומות (כגון 4-8 קומות) הנבחרות בהתאם למצב הספציפי בעתיד נקבע אך ורק על פי דרישות העלות הנדרשות ורמת הביצועים או המתח. האיזון בין מזעור העלות למקסום הפוטנציאל של חלקים נעים הוא גורם חשוב שיש לקחת בחשבון.    2.2 ארכיטקטורה ובקר אלקטרוני כוח   המהפך של פלטפורמת R4 הוא הדור הרביעי של המוצר האלקטרוני במתח גבוה המבוסס על Vitesco Technologies (EPF4). עבור טווח ההספק של פלטפורמת EMR4, מהפך ה-EPF4 המשולב במיוחד יכול לספק שלוש רמות הספק: 290A (רמת כניסה), 550A (רמה בסיסית) ו-820A (רמה משופרת). גרסת ה-Entry מספקת פתרון חסכוני עם הספק של עד 80kW(10s) ומומנט של 1700Nm(10s). הגרסה מתאימה בעצם למגוון רחב של יישומים, עם הספק של עד 135/165kW(10s) ומומנט של 2,500/3,000 Nm(10s). עיצוב משופר לתפוקה ב-2800Nm ו-4000Nm, עד הספק של 230kW. עם זאת, באופן עקרוני, ניתן לשלב את כל גרסאות המהפך עם כל גרסת כוח מנוע וכל מפחית נדרש. זה צריך לעמוד בדרישות המיוחדות (למשל, כלי רכב לוגיסטיים) השונות ממכוניות נוסעים סטנדרטיות המוניות. גודל המהפך הוא רק 270. × 221 × 126 מ"מ, זהו עיצוב קומפקטי מאוד.    2.3 ומפחית מסגרת   לפי המומנט של המנוע, הפלטפורמה כוללת שלוש גרסאות של מפחיתים המוגדרים כ< 2,000 ננומטר ("רמת כניסה")、< 3,000 ננומטר ("רמה בסיסית") 或< 4,000 ננומטר ("רמה משופרת")。 יחס הפחתה משוער בין i = 9.3 ל-i = 11.64. בהשוואה לדור הקודם, הורחב יחס ההפחתה הזה, מה שמאפשר לנצל בצורה הטובה ביותר את מהירות השיא הגבוהה יותר של המנוע. במפחית, מדד יחס הפחתה גבוה זה יכול לחסוך משמעותית את עלות המנוע, ולספק הזדמנות להוזיל את העלות במונחים של עלות חומרים איכותיים יותר. המפחית מתוכנן עם מהירות כניסה של 16000 סל"ד וכניסת מומנט מנוע של 255 ננומטר. המפחית מספק תפוקה של מומנט פיר עד 3000 ננומטר. מהירות הגל המרבית המותרת היא 1720 סל"ד. ניתן לשלב חניה חשמלית אופציונלית במפחית.    3. אופטימיזציה של גורמים המשפיעים על היעילות   בעולם, המגמה של שיפור נוסף ביעילות של כלי רכב חשמליים ברורה. שיקולי קילומטראז' וגודל/עלות סוללה, כמו גם דרישות משפטיות שמטרתן לשלוט בזיהום האוויר ולהפחית את שינויי האקלים, כולם תורמים לכך. בנוסף, השיפור הנוסף של יעילות ההנעה החשמלית גם מגביר את האטרקטיביות של מכוניות, מכיוון שעלות המערכת המתקבלת מופחתת. Wh/km ב-WLTP משמש למדידת צריכת אנרגיה. גורמים בודדים רבים קובעים את היעילות של מכונית. למרות שרובם נגרמים על ידי הרכב כולו, למערכת החשמל יש גם השפעה ניכרת. גורמים בודדים רבים קובעים את היעילות של מכונית. למרות שרובם נגרמים על ידי הרכב כולו, גם למערכת החשמל יש השפעה ניכרת. איור 3 בהתייחס למערכת ההנעה המשולבת כדוגמה, היא ממחישה את השפעת מערכת הכוח וההפסדים הספציפיים שלה על היעילות של הרכב כולו. באופן כללי, כשליש מההפסדים נגרמים כתוצאה מהנהיגה, וכשני שליש נגרמים מכל הרכב. EMR4 עשה התקדמות נוספת במהפך אלקטרוני, מנוע ומפחית, ושיפר את היעילות הכוללת של הרכב: בהשוואה לדור הקודם, היעילות של EMR4 גבוהה בהרבה, וצריכת האנרגיה הכוללת הממוצעת של כל רכב מסוג D יכולה יופחת ב-5.6% ב-WLTP.         3.1 והיעילות של המנוע והמהפך משופרת.   בחלקים הפעילים של פלטפורמת EMR4, משתמשים בליבת ברזל למינציה העשויה מיריעות פלדת סיליקון דקות מאוד ובעלות חוזק גבוה כדי להשיג מהירות מנוע גבוהה יותר עם פחות חומרים. נכון להיום, המהירות המרבית היא 16,000 סל"ד (EMR 3: 14,000 סל"ד). על ידי הגדלת יחס ההילוכים, ניתן להפחית את מומנט המנוע, ובכך לחסוך בחומרי המנוע. בנוסף, הכוח המתמשך של מנוע EMR4 שופר מאוד. מכיוון שההפסד מצטמצם מאוד ומבנה הקירור מותאם, המנוע יכול להפיק ברציפות 40-80kW במהירות הגבוהה ביותר. בשל האורך הקצר והעיצוב הקומפקטי של המנוע, פיזור החום יעיל יותר, מכיוון שיש מסלול פיזור חום קצר יותר מהנקודה החמה במרכז המנוע ועד לקצהו. יחס הפחתת ההילוכים המוגדל (ראה סעיף 2.3) אומר שנדרש מומנט נמוך יותר של המנוע תחת אותו מומנט פיר. בשילוב עם חיתוך הרוטור החדש והעלאת ההתנגדות המגנטית, משקל הפלדה המגנטית מופחת משמעותית, ההספק נשאר ללא שינוי והיעילות משתפרת. מתח העבודה של מהפך EPF4 הוא 210V עד 470V, ותדר המיתוג של PWM הוא 2 עד 12kHz. על פי נקודות העבודה השונות, אלגוריתם הבקרה מכוונת השדה (FOC) מיושם בקטעים, כגון אפנון רוחב דופק וקטור חלל מסורתי (= SVPWM במהירות נמוכה כדי לאפשר זרם גבוה יותר), PWM סינכרוני (=SynchPWM בטווח מהירות בינוני) , PWM בלתי רציף (= GDPWM בטווח מהירות בינוני) ואפנון שטף דו-כיווני (=FBM בטווח מהירות גבוהה). חיישן מיקום הרוטור בקצה הקדמי של המנוע מספק את אות מיקום הרוטור. איור 4 מציג את נקודות ההפעלה הייחוס המשמשות להערכת ההפסדים של המנוע והמהפך בתהליך הסימולציה. הרווח הגבוה יותר ביעילות, במיוחד כאשר מסתובבים במהירות גבוהה, הוא בדיוק בגלל שיריעת פלדת הסיליקון המנועית הדקה יותר יכולה להפחית את אובדן הברזל על ידי הגדלת מספר השכבות הלמינציה.         4. שיטת יישום של פלטפורמת EMR4   טווח היישומים של מערכת הנעה חשמלית משולבת מתרחב מיום ליום. רק עם מדרגיות גבוהה בביצועים, יעילות, עלות, גודל ומשקל, הוא יכול לעמוד בדרישות המגוונות של השוק. מדרגיות פירושה בסופו של דבר שניתן לשלב את הרכיבים העיקריים הקשורים כדי לעמוד בדרישות בהתאם לאפליקציה. בהתחשב במספר הרב של פרמטרים המגדירים את מאפייני הביצועים הנדרשים של מערכת ההנעה והאינטראקציה המורכבת ביניהם, זה מאתגר מאוד בתכנון ליישם את הפרטים באופן יסודי. לדוגמה, במהלך הפיתוח של פלטפורמת EMR4, ביצענו ניתוח רגישות נרחב כדי לקבוע את ההשפעה של פרמטר בודד ב-WLTP על היעילות של מערכת ההנעה החשמלית, כפי שמוצג באיור 6.         על מנת להשיג את המשקל האופטימלי של מאפייני הביצועים הצפויים והעלויות הנלוות, המפתחים השתמשו בכלי המיוחד iMCO בשלב פיתוח רב תקני זה, כפי שמוצג באיור 7.         5. וממשקים פנימיים וחיצוניים.  כפי שהוזכר קודם לכן, בעת תכנון מערכת ההנעה המשולבת, המורכבות של ההנעה החשמלית המעוצבת בנפרד פושטה לחלוטין מנקודת המבט של הרכב כולו, והמורכבות הועברה אל פנים מערכת ההנעה. כאן, ניתן להוכיח את העברת המורכבות גם מממשקים רבים בתוך ומחוץ למערכת ההינע. איור 8 מציג את הממשקים הפנימיים בין פונקציות שונות במערכת ההנעה, מסומנים באפור, והממשקים החיצוניים של הרכב כולו מוצגים בעיגולים ירוקים. על מנת לממש את ההרחבה המלאה של רכיבי פלטפורמת EMR4 לפני אימות, כל הרכיבים העיקריים, דהיינו, מהפך (שלוש גרסאות), מפחית (שלוש גרסאות), רוטור וסטטור (שלושה אורכים כל אחד), מעטפת המנוע (שלושה אורכים) ו ללוח הנושא (שתי גרסאות של "כיסויים") יש הגדרות ברורות לגבי ממשקים פנימיים וחיצוניים. זה מאפשר לשלב עיצובי רכיבים שונים עם ממשק אחיד. רעש וקרינה אלקטרומגנטית הם גם המדדים המרכזיים של מערכת הנעה חשמלית. על מנת למזער את השפעת הרעש המבני על רעידות גוף הרכב בהנעה חשמלית, נעשתה עבודת אופטימיזציה רבה על האיכות האקוסטית (רעש, רטט, חומרה, NVH) של מערכת ההנעה בכל תנאי ההפעלה, כפי שמוצג ב- איורים 9 ו-10. בפלטפורמת EMR4, תוצאות הסימולציה נבדקו בהצלחה על סמך מדגם A. ניתן להשתמש בטכנולוגיית סימולציה זו גם כדי לייעל את צורת התושבת ולהימנע מתהודה עירור הקשורה לעיצוב המבני של הרכב.         התאימות האלקטרומגנטית של פלטפורמת EMR4 תואמת לתקן CISPR25-2016 Class 3, כפי שמוצג באיור 11.        6. לסכם   הפיתוח של פלטפורמת R4 ספג את חווית התיעוש של שלושה דורות של מערכות הנעה חשמליות: עד תחילת 2021, EMR4 לבדה סיפקה ללקוחות יותר מ-150,000 יחידות. היעילות והביצועים של ה-EMR4 שופרו משמעותית בעלות נמוכה יותר, אפילו בהשוואה למערכת ההנעה האופטימלית EMR3. במיוחד, המדרגיות הגבוהה של הפלטפורמה החדשה גורמת למערכת הכונן EMR4 אפשרות יישום חסכונית גבוהה בדגמים שונים. נכון להיום, הספק המוצא הניתן להרחבה של פלטפורמת EMR4 הוא בין 80kW ל-230kW, והמסה היא רק בין 45 ק"ג ל-80 ק"ג. צפיפות ההספק הגבוהה תומכת במעבר של מספר רב של דגמים לחשמול. על מנת לכסות את דרישות הביצועים מעל או מתחת לטווח הנוכחי שצוין, פיתוח הרחבת הפורטפוליו יחל בשנת 2021. באמצעות ייעול העלות של המערכת, פלטפורמת EMR4 מסייעת לעלות הרכישה של כלי רכב חשמליים להתקרב לסטנדרט של מנוע בעירה פנימית כלי רכב בעבר. ככל שהיעילות של מערכת ההנעה EMR4 משתפרת עוד יותר, גם עלות הסוללה מופחתת. פלטפורמת EMR4 מייצגת פתרונות מדף מותאמים אישית, ומתמקדת תמיד בסטנדרטיזציה ומודולריזציה של מוצרים. במסגרת הגבלת המערכת, נוצר בידול ספציפי ללקוח באמצעות אינטגרציה ומומחיות מערכת. שיטה זו יוצרת איזון בין אופטימיזציית עלויות להתאמה אישית, בתוספת שנים של ניסיון בייצור ובקרת איכות. בהתבסס על אסטרטגיה זו, Vitesco Technologies משתפת פעולה באופן פעיל עם לקוחות וספקים כדי לקדם את הצמיחה של נסיעות חשמליות.   מחשבות על מוצרי פלטפורמה     אני מאמין שחברות רבות ניתחו כיצד לייצר פלטפורמה של מערכת הנעה חשמלית "שלושה באחד", וחשיבת הפלטפורמה של Vitesco EMR4 העניקה לנו הרבה הארה: ① אינטגרציה צירית נבחרה כצורת האינטגרציה, כך שהמנוע והממיר מנותקים, ונבחר מנוע בעל קוטר חיצוני גדול יותר. הרחבת ההספק מותאמת לפי עובי ערימת הליבה, וניתן לפלטפורמה מלאה את ניקוב הליבה; ② מנקודת מבט של מפרט זרם הממיר, מודול IGBT צריך להיות מארז HPD, ומפרטי זרם שונים נוצרים על ידי מספרי שבבים שונים ושילובים של לוחות פיזור חום;

③ המפחית בוחר ביחס הפחתה גדול, שיכול להפחית את מומנט המנוע. הפחתת המומנט יכולה להפחית ישירות את כמות חומרי המנוע ולהפחית את עלות המנוע. IMCO, כלי מיוחד, מוזכר באופטימיזציה רב-סטנדרטית המבוססת על יעילות מנוע, ביצועים ועלות, שניתן להתייחס אליה גם.

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "מידע טכני של רכבי אנרגיה חדשים". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. נא לציין את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפיסה המחודשת. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

טלפון חברה:+86-0755-83044319
פקס/פקס:+86-0755-83975897
תיבת דואר：1615456225@qq.com
QQ: 3518641314   

QQ：332496225 מנהל Qiu

כתובת: חדר 809, בלוק C, בניין Zhantao Technology, מס' 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, שנזן