Budowa zintegrowanego układu napędowego w samochodzie elektrycznym BEV
Samochód elektryczny jest napędzany przez zintegrowany układ napędowy, składający się z trzech zasadniczych podzespołów. Ich praca jest monitorowana przez kilka czujników. Zintegrowany układ napędowy wymaga również układu chłodzenia, który utrzymuje napęd w odpowiedniej temperaturze. Wadą takiego rozwiązania są wysokie koszty naprawy awarii zintegrowanych układów napędowych.
Spis treści
Zintegrowany układ napędowy auta BEV - mniejszy, lżejszy, prostszy i… droższy w naprawie
Zintegrowany układ napędowy samochodu elektrycznego ma mniejsze rozmiary i mniejszą wagę niż silnik i skrzynia biegów, stosowane w autach spalinowych (benzynowych i dieslach). Przeciętna waga zintegrowanego układu napędowego zawiera się w przedziale od 80 do 110 kg i jest zależna od mocy napędu. Tyle waży sama skrzynia automatyczna stosowana w samochodach spalinowych.
Mniejsze rozmiary układu napędowego auta BEV dają większe pole manewru dla konstruktorów. Samochód elektryczny może być też lepiej wyważony, w przeciwieństwie do aut spalinowych.
Zwolennicy elektromobilności podkreślają także większą prostotę układu napędowego auta elektrycznego, w porównaniu do silnika spalinowego i skrzyni biegów. To oznacza mniejszą liczbę części mechanicznych.
Zintegrowany układ napędowy auta elektrycznego ma mniej części mechanicznych, za to więcej części elektrycznych i elektronicznych. Układ psuje się tak samo, jak silnik spalinowy i skrzynia biegów, a koszty jego naprawy są wysokie. Większości awarii się nie naprawia, tylko trzeba zastosować nowy zespół napędowy, którego koszt zazwyczaj przekracza 50 tysięcy złotych.
Demagnetyzacja magnesów wirnika (utrata siły przez magnesy), uszkodzenia mechaniczne łożysk silnika elektrycznego, uszkodzenia falownika, uszkodzenia uzwojenia rotoru – to najważniejsze problemy.
Z jakich elementów składa się zintegrowany układ napędowy w samochodzie elektrycznym?
Podstawowe elementy to:
- Falownik / inwerter – urządzenie elektryczno – elektroniczne (mieszczące się na jednej dużej albo kilkunastu mniejszych płytkach drukowanych), które przekształca prąd stały z baterii na zmienny, a także jest odpowiedzialny za sterowanie liczbą obrotów silnika (jeśli komputer sterujący samochodem przesyła sygnał o konieczności zwiększenia obrotów, falownik zwiększa napięcie kierowane do silnika);
- Silnik elektryczny z magnesami stałymi o prostej budowie. Składa się z wirnika (ruchoma część silnika) zawieszonego na trzech lub czterech łożyskach, wyposażonego w magnesy trwałe, wałka na którym zamontowany jest wirnik, z zębatkami i statoru (nieruchomej części silnika) z zamontowanymi w nim uzwojeniami miedziowymi;
- Redukcyjna skrzynia biegów, która zwiększa moment obrotowy i redukuje obroty silnika (z 10–20 tys. obr./min do 1000–3000 obr./min na kołach). Skrzynia jest zintegrowana z dyferencjałem, całość pracuje w oleju przekładniowym, jest również filtr.
Wymienione wyżej elementy są zamknięte w szczelnej, metalowej obudowie. Coraz częściej stosowane są obudowy z lekkich materiałów, jak stopy magnezu. Strategia jest taka sama, jak w przypadku innych rozwiązań. Układ jest lżejszy o kilka kilogramów, ale za to cena auta wzrasta. Nic w tym dziwnego, skoro stop magnezu jest dwa razy droższy od stopu aluminium.
W zintegrowanym układzie napędowym znajdują się również:
- Przewody wysokiego napięcia;
- Przewody elektryczne niskiego napięcia
- Magistrale danych umożliwiające błyskawiczną komunikację z czujnikami i falownikiem;
- Kanały układu chłodzenia, w których płynie dielektryczny płyn chłodniczy albo olej chłodniczy (np. w Tesli);
- Liczne czujniki.
Jakie czujniki monitorują pracę zintegrowanego układu napędowego w samochodzie elektrycznym?
To między innymi:
- Czujnik położenia wirnika – działa jak czujnik położenia wału napędowego w samochodzie spalinowym;
- Czujniki prądu fazowego – trzy, które mierzą natężenie prądu w każdej z trzech gaz;
- Czujniki napięcia, które mierzą napięcie prądu stałego z baterii i prądu zmiennego na wyjściu z inwetera;
- Liczne czujniki temperatury, które kontrolują temperaturę uzwojenia silnika elektrycznego, temperaturę magnesów, temperaturę inwertera, temperaturę oleju w przekładni i inne.
Jak działa zintegrowany układ napędowy w samochodzie z napędem na obie osie?
W samochodzie elektrycznym z napędem na dwie osie nie stosuje się żadnych wałów napędowych, łączących napęd z przednią osią, tylną osią albo skrzynią redukcyjną. Nie stosuje się rozwiązań takich, jak sprzęgło Haldex.
W aucie elektrycznym z napędem na obie osie montowane są dwa zintegrowane układy napędowe, każdy przy jednej z osi. Każdy układ napędza jedną oś.
Komputer sterujący dobiera moc obydwu układów, w zależności od potrzeb i od obciążenia. Przykładowo – po trasie auto może jechać w trybie tylnego napędu (100 proc. tył, 0 proc przód) albo w układzie 40 proc. oś przednia, 60 proc. oś tylna. Komputer może w trakcie jazdy po zakrętach przyhamowywać jeden silnik i przyspieszać drugi.
Michał Lisiak