Budowa zintegrowanego układu napędowego w samochodzie elektrycznym BEV
Popularne publikacje
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.
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.
Źródło: Mercedes BenzDemagnetyzacja 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.
Źródło: Wikimedia CommonsWymienione 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.
Źródło: Wikimedia CommonsJakie 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.
Źródło: FordW 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
