Анатомия на акумулаторно електрическо превозно средство (BEV)

Батерийните електрически превозни средства (BEVs) , в сравнение с класическите превозни средства с вътрешно горене (ICE), са доста прости и лесни за работа. Най-простата архитектура на силовите агрегати се състои от акумулатор с високо напрежение, електрически двигател с контролер на силова електроника и скоростна кутия с една скорост. BEVs се наричат ​​също чисто електрически превозни средства , за да ги различим от хибридните електрически превозни средства (HEVs) , които имат хибриден силов двигател (двигател с вътрешно горене плюс електромотор).

В BEV задвижването се основава изключително на електрическата енергия, съхранявана в акумулатора с високо напрежение.

Акумулаторните електрически превозни средства увеличават своя пазарен дял, защото са най-жизнеспособният начин за чиста и ефективна транспортна система. В сравнение с автомобилите ICE, най-важните предимства на BEV е цялостната висока ефективност, надеждност и сравнително ниска цена на електродвигателя. Основният недостатък е ниската енергийна плътност на акумулатора с високо напрежение.

В границите на един електрически автомобил е максималното разстояние, което може да бъде покрита с „пълен“ на батерията. Имайте предвид, че диапазонът е даден за определен тестов цикъл на хомологация (NEDC, FTP и т.н.)

В зависимост от обхвата и максималната скорост и ефективността на ускорението, акумулаторните електрически автомобили могат да бъдат класифицирани като:

• квартални електрически превозни средства : малки превозни средства, много малък обхват (по-малко от 25 км)
• градски електрически превозни средства : малки превозни средства, малък обхват (по-малко от 50 км)
• пълнопроизводителни акумулаторни електрически превозни средства : това са еквивалентите на класическите пътнически превозни средства с обхват между 100 и 600 км

В тази статия ще се съсредоточим върху пълнопроизводителните (пътнически) акумулаторни електрически превозни средства (BEVs).

Повечето от архитектурата на BEV разполагат със силовото задвижване на предната ос и акумулатора с високо напрежение в пода, между предната и задната ос. Тази конфигурация дава много обем за пътническата зона и багажника / багажника.

Батерията с високо напрежение, като най-тежкият електрически компонент на автомобила, е разположена много ниско, в пода на купето. Това дава още едно предимство, много нисък център на тежестта, което подобрява общата стабилност на автомобила.

Високопроизводителните BEV, като Tesla Model S , разполагат с два електродвигателя за сцепление, един на предната ос, вторият на задната ос. И двата мотора имат собствени контролери за силова електроника. Тази конфигурация дава възможности за задвижване на всички колела (AWD), както и много добри показатели по отношение на ускорението и динамиката на движение (вектор на въртящия момент).

Много високопроизводителните BEV, като Rimac Concept_One, извеждат производителността и динамиката на шофиране до изключително ниво. Силовият агрегат се състои от 4 мотора, по един за всяко колело. Всеки мотор има собствена скоростна кутия, отпред има едноскоростни скоростни кутии, докато отзад има двустепенни скоростни кутии с съединители от въглеродни влакна. Високоволтовата батерия е изместена във „Т“ форма, между предния и задния мост. Rimac Concept_One е първият акумулаторен електрически хиперкар .Компонентът за съхранение на енергия в чисто електрическо превозно средство е акумулаторът с високо напрежение (HV) . Номиналното напрежение в повечето случаи е между 360 и 450 V. A BEV има и батерия с ниско напрежение, обичайната 12 V батерия, която се използва като захранващо устройство за спомагателното оборудване (мълния, мултимедия и др. ).

Батерията е основният компонент на EV-устройствата, защото:

• обхватът на автомобила зависи почти изцяло от акумулаторната батерия
• това е най-тежкият електрически компонент
• това е най-скъпият електрически компонент

Има различни видове батерии с високо напрежение, като химията е основният отличителен фактор. Най-често срещаните HV батерии за BEV са литиево-йонните батерии . Те също имат различни „аромати“:

• метални оксиди (напр. литиев манганов оксид, LiMn ₂ O ₂ )
• фосфати (напр. литиев железен фосфат, LiFePO ₄ )

В автомобилното приложение фосфатните литиево-йонни батерии са по-подходящи, защото са по-безопасни от гледна точка на химическа и термична опасност.

Легенда:

1. мощен електронен контролер
2. статор
3. ротор
4. единична скоростна кутия и диференциал

Въртящият момент се осигурява от електрическа машина . В приложенията за пътнически превозни средства има главно два вида електрически двигатели, които вече се използват, като интересът за третия е:

1. машини с постоянен магнит
2. индуктивни машини
3. превключвайте машини за нежелание

По-подходящо е да ги наречем електрически машини, вместо двигатели, защото те също могат да генерират електрическа енергия по време на спиране на автомобила. Този механизъм се нарича възстановяване / регенерация на енергия .Когато автомобилът ускорява, електрическата машина взема електрическа енергия от HV батерията и произвежда въртящ момент. Това е моторната фаза . Когато превозното средство спира, кинетичната енергия на превозното средство се използва от електрическата машина за производство на електрическа енергия. Това е фазата на генератора .Основната разлика между електрическите машини се състои в начина, по който те произвеждат въртящ момент (постоянно магнитно поле от магнити, индуцирано магнитно поле в намотките на ротора или магнитно проводящ път в ротора, подравнен с полето на статора).

1. DC-DC преобразувател
2. входен филтър
3. инвертор

Модулът за управление на силовата електроника  има няколко подсистеми, всяка от които отговаря за функция за управление. Когато автомобилът се зарежда от домашна електрическа мрежа (напр. 220 V), токоизправителят преобразува променливия ток (AC) в постоянен ток (DC), който се подава в акумулатора с високо напрежение. В DC-DC конвертор е отговорен с понижаването на високо напрежение (например 400 V) към мрежата ниско напрежение (12 V).На инвертора контролира електрически скоростта на машината и въртящ момент чрез преобразуване на постоянен ток от батерията в променлив 3-фазен ток за електрическата машина. Когато автомобилът е във фаза на възстановяване на енергията (спиране), инверторът прави обратното преобразуване, от 3-фазен променлив ток в постоянен ток.