การเพิ่มประสิทธิภาพหลายมิติและความสมดุลด้านประสิทธิภาพของการเลือกมอเตอร์ระบบส่งกำลังไฟฟ้า

การเพิ่มประสิทธิภาพหลายมิติและความสมดุลด้านประสิทธิภาพของการเลือกมอเตอร์ระบบส่งกำลังไฟฟ้า

การออกแบบระบบส่งกำลังไฟฟ้า (EV) ถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมระบบที่ซับซ้อนซึ่งการเลือกมอเตอร์มีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพของยานพาหนะโดยรวมประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย วิธีการเลือกมอเตอร์แบบดั้งเดิมมักจะขึ้นอยู่กับสมมติฐานสถาปัตยกรรมระบบส่งกำลังที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (เช่นอัตราส่วนเกียร์การกระจายพลังงานระหว่างเพลา) ในขณะที่ละเลยผลกระทบที่ครอบคลุมของพารามิเตอร์เหล่านี้ต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์และระบบทั้งหมด การศึกษาครั้งนี้เป็นการตรวจสอบอย่างเป็นระบบว่าพารามิเตอร์การออกแบบระบบส่งกำลังที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์มีผลต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์น้ำหนักยานพาหนะต้นทุนและประสิทธิภาพผ่านการวิเคราะห์เปรียบเทียบสามครั้ง การใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS เราดำเนินการกรณีศึกษาด้วยรถปิคอัพแบบขับเคลื่อนสี่ล้อประเมินประสิทธิภาพในการออกแบบมอเตอร์ที่แตกต่างกันการกำหนดค่าอัตราส่วนเกียร์และแผนการกระจายพลังงานผ่านความต้องการของยานพาหนะแบบคงที่/ไดนามิกและการทดสอบรอบการขับขี่ EPA ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างเป็นระบบ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการออกแบบการประสานงานของมอเตอร์ด้วยอัตราส่วนเกียร์และการกระจายพลังงาน - สามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมและความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของยานพาหนะไฟฟ้า

 [การวิเคราะห์ทางเทคนิค]

 ความเหนือกว่าเทคโนโลยี

1. วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพระดับระบบ

การออกแบบมอเตอร์แบบดั้งเดิมมักจะทำงานอย่างอิสระจากส่วนประกอบระบบส่งกำลังอื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่การออกแบบทางวิศวกรรมมากเกินไปหรือมีประสิทธิภาพต่ำกว่าระบบย่อย วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพระดับระบบที่นำเสนอจะได้รับประสิทธิภาพการทำงานของระบบส่งกำลังโดยรวมที่ดีที่สุดผ่านการประเมินซ้ำของการโต้ตอบส่วนประกอบรวมถึงมอเตอร์, กระปุกเกียร์, อินเวอร์เตอร์และแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่นการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเลือกอัตราส่วนเกียร์ส่งผลโดยตรงต่อความเป็นไปได้และประสิทธิภาพของมอเตอร์: มอเตอร์ความเร็วสูง (IPM-20KRPM) ล้มเหลวในการตอบสนองความต้องการประสิทธิภาพในอัตราส่วนเกียร์ต่ำ (3: 1) ในขณะที่การปรับปรุงประสิทธิภาพที่สำคัญจะถูกสังเกตเมื่อปรับอัตราส่วนเกียร์เป็น 10: 1

2. ความยืดหยุ่นของประเภทมอเตอร์และการกระจายพลังงาน

การศึกษาเปรียบเทียบประสิทธิภาพรวมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร (PM) กับมอเตอร์แม่เหล็กที่ไม่ถาวรเช่นมอเตอร์เหนี่ยวนำ (IM) และมอเตอร์ซิงโครนัส (WRSM) ผลการวิจัยพบว่าการใช้มอเตอร์ PM และ Non-PM สามารถเพิ่มประสิทธิภาพทั้งประสิทธิภาพและค่าใช้จ่าย ตัวอย่างเช่นการรวมกันของ IPM-WRSM แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพโดยรวมที่สูงขึ้นในวัฏจักรไดรฟ์ EPA เนื่องจาก WRSM มีประสิทธิภาพสูงกว่า PM ในสถานการณ์ที่โหลดสูงในขณะที่ PM มีประสิทธิภาพสูงกว่าภายใต้สภาวะโหลดต่ำ

3. สมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ

ผ่านการออกแบบที่ดีที่สุดการวิจัยได้เปิดเผยว่าการกำหนดค่ามอเตอร์ PM ทั้งหมดไม่ได้ให้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ตัวอย่างเช่นในขณะที่การกำหนดค่ามอเตอร์ Dual PM (IPMB-IPMB) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เหนือกว่า แต่ก็มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า ในทางตรงกันข้ามการรวมกันของ IPM-WRSM จะลดต้นทุน 3.3% โดยการสูญเสียพลังงานเพียง 1% นอกจากนี้ตัวเลือกระหว่างอินเวอร์เตอร์ MOSFET และ IGBT ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและต้นทุนของระบบอย่างมีนัยสำคัญ - MOSFETs มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น แต่มีค่าใช้จ่ายมากขึ้น

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ

1. พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของมอเตอร์

ความเร็วและแรงบิด: กรณี A มอเตอร์ IPM สามตัวที่มีความเร็วที่แตกต่างกัน (20,15 และ 12 krpm) มอเตอร์ความเร็วต่ำ (IPM-12 KRPM) ทำงานได้ดีที่สุดในอัตราส่วนเกียร์ 8: 1 ในขณะที่มอเตอร์ความเร็วสูงต้องการอัตราส่วนเกียร์ที่สูงขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการแรงบิด

ประสิทธิภาพและความหนาแน่นพลังงาน: มอเตอร์ PM โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์ที่ไม่ใช่ PM แต่มีค่าใช้จ่ายสูงกว่า ตัวอย่างเช่น IPM-B (345kW) ทำงานได้ดีในการขับขี่รอบการขับขี่ แต่ราคา $ 1,630 ในขณะที่ WRSM (330kW) มีราคาเพียง $ 990

2. เอฟเฟกต์อัตราส่วนเกียร์

การเลือกอัตราส่วนเกียร์ส่งผลโดยตรงต่อช่วงการทำงานและประสิทธิภาพของยานพาหนะของมอเตอร์ การวิจัยพบว่า IPM-15KRPM ได้รับช่วงสูงสุด (395.64 กม.) และประสิทธิภาพ (3.9525 กม./กม.) ที่อัตราส่วนเกียร์ 10: 1 ในขณะที่ IPM-12KRPM ทำได้ดีขึ้นในอัตราส่วนเกียร์ 8: 1

3. กลยุทธ์การกระจายพลังงาน

ประสิทธิภาพของยานพาหนะได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นโดยการเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายพลังงานระหว่างมอเตอร์เพลาหน้าและด้านหลัง ตัวอย่างเช่นการรวมกันของ IPMB-WRSM จะกระจายโหลดแบบไดนามิกเพื่อให้ IPM ทำงานในช่วงที่มีประสิทธิภาพสูง

4. ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์

ประเภทของอินเวอร์เตอร์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบ อินเวอร์เตอร์ MOSFET มีการสูญเสียต่ำกว่า IGBT ภายใต้กระแสเดียวกัน แต่ต้นทุนสูงกว่า ในการออกแบบที่ดีที่สุดโครงการประสิทธิภาพสูงมีแนวโน้มที่จะเลือก MOSFET

แอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

1. การออกแบบระบบส่งกำลังสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า

การศึกษาครั้งนี้ช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้ามีวิธีการออกแบบระดับระบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกมอเตอร์การกำหนดค่าอัตราส่วนเกียร์และการกระจายพลังงาน ตัวอย่างเช่นในยานพาหนะขับเคลื่อนทุกล้อการใช้มอเตอร์ PM และมอเตอร์ที่ไม่ใช่ PM สามารถลดค่าใช้จ่ายได้ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพ นอกจากนี้ผลการวิจัยยังสนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพหลายวัตถุประสงค์ (เช่นช่วงและค่าใช้จ่าย) ซึ่งให้การสนับสนุนการตัดสินใจที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล

2. ห่วงโซ่อุปทานและการควบคุมต้นทุน

โดยการวิเคราะห์ต้นทุนมอเตอร์ (เช่นสัดส่วนของวัสดุ PM) และการเลือกอินเวอร์เตอร์ บริษัท สามารถหาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน ตัวอย่างเช่นการรวมกันของมอเตอร์ PM กำลังไฟฟ้าขนาดกลาง (เช่น IPM-B) และ WRSM เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพ

3. การทดสอบและการตรวจสอบมาตรฐานมาตรฐาน

การศึกษาใช้วัฏจักรที่ขับเคลื่อนด้วย EPA และมาตรฐานการทดสอบแบบคงที่/แบบไดนามิกเพื่อให้กรอบการประเมินที่สามารถใช้ซ้ำได้สำหรับอุตสาหกรรม ในอนาคตมันสามารถขยายไปยังยานพาหนะและสภาพการทำงานมากขึ้น (เช่นสภาพอากาศที่รุนแรงหรือสภาพถนนที่ซับซ้อน)

4. แนวโน้มเทคโนโลยี

การศึกษาชี้ให้เห็นว่าการออกแบบระบบส่งกำลังในอนาคตจำเป็นต้องรวมการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของมอเตอร์อินเวอร์เตอร์และแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่นการรวมกันของระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง (เช่น 800V) และมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพอาจกลายเป็นแนวโน้ม

บทสรุป

ผ่านการวิเคราะห์ระดับระบบและการศึกษาหลายกรณีตำแหน่งหลักของการเลือกมอเตอร์ในการออกแบบระบบส่งกำลังไฟฟ้าไฟฟ้าได้รับการพิสูจน์แล้ว ส่วนใหญ่รวมถึง:

•อัตราส่วนเกียร์และความเร็วมอเตอร์ควรได้รับการออกแบบในการประสานงานเพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ

•การใช้ไฮบริดของมอเตอร์ PM และ Non-PM สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายได้

•การเลือกอินเวอร์เตอร์ (เช่น MOSFET) มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบ

ข้อสรุปเหล่านี้ให้คำแนะนำที่สำคัญสำหรับการปฏิบัติทางวิศวกรรมของระบบส่งกำลังรถยนต์ไฟฟ้าและช่วยให้อุตสาหกรรมบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและโซลูชั่นการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ลดลง