Какой двигатель используется в электробусах? Углубленный анализ основных технологий и передовых тенденций

В глобальной волне перехода к городскому общественному транспорту с нулевым уровнем выбросов основной компонент, определяющий производительность электрических автобусов, — приводной двигатель — напрямую влияет на эффективность, запас хода и надежность транспортного средства. В настоящее время отраслевые решения конкурируют за более высокую эффективность, большую интеграцию и более разумное управление. ​Усовершенствованные системы привода, такие как серия синхронных двигателей с постоянными магнитами (PMSM) с номинальной мощностью от 60 до 350 кВт, благодаря высокоинтегрированной конструкции отвечают строгим требованиям различных транспортных средств, от мини-фургонов до автобусов большой грузоподъемности.​В этой статье представлен углубленный анализ основных технологий производства двигателей, ключевых технических проблем и будущих тенденций, включая передовые решения в секторе электрических автобусов.

я. Комплексное сравнение и углубленный анализ основных автомобильных технологий

​1. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM): основной выбор для высокопроизводительных автобусов.​

Двигатели PMSM стали абсолютным мейнстримом для электрических автобусов среднего и высокого класса благодаря своей исключительной удельной мощности и эффективности. Их техническая основа заключается в использовании высокоэффективных материалов из редкоземельных постоянных магнитов (например, неодимовых магнитов) для создания магнитного поля ротора.

​

Текущие расширенные технические возможности включают в себя:​​

• ​Высокая плотность мощности и компактная структура:​​ Благодаря оптимизированной конструкции магнитной цепи двигатели нового поколения обеспечивают значительное увеличение мощности при сохранении компактной конструкции. ​Например, в некоторых усовершенствованных моделях PMSM используются роторы с внутренними постоянными магнитами (IPM) и оптимизированная конструкция пазов статора, что обеспечивает высокую плотность крутящего момента и широкий диапазон скоростей при постоянной мощности., что позволяет размещать мощные приводы в ограниченном пространстве шасси.

• ​

• Полнофункциональное эффективное управление и усовершенствованные контроллеры:​Благодаря усовершенствованным алгоритмам управления по полю (FOC) двигатель сохраняет высокую эффективность в широком диапазоне скоростей. ​Соответствующий усовершенствованный блок контроллера двигателя (MCU) часто использует технологию двустороннего водяного охлаждения и поддерживает стратегии модуляции SVPWM, обеспечивая стабильную выходную мощность и низкий уровень гармонических искажений в условиях высокочастотной работы.​​

•  

• ​Интеграция и облегчение:​Высокоинтегрированная конструкция двигателя, контроллера и коробки передач стала тенденцией. Эта ось с электронным приводом «мульти-в-одном» не только уменьшает количество соединительных компонентов, но и снижает вес системы. ​Ведущие интегрированные решения в отрасли включают целостную конструкцию двигателя, коробки передач и контроллера, что позволяет эффективно сократить количество, объем и вес деталей.​​

​

2. Интегрированные электронные мосты: инновационный путь для централизованного привода​

​Центральный привод E-осиЭто еще один важный технологический путь. Он объединяет двигатель, коробку передач и дифференциал в компактную трансмиссию.

​

Его основные преимущества и технологический прогресс отражены в:​

• ​Высокая степень интеграции и удобная упаковка: E-Axes, предназначенные для автобусов и грузовиков, отличаются высокой степенью интеграции, освобождая больше места для компоновки шасси, облегчая размещение аккумуляторных блоков и других систем.​​

•  

• ​Превосходная эффективность и надежность:Использование оптимизированной конструкции зубчатой ​​передачи и эффективных систем смазки обеспечивает высокую эффективность трансмиссии. Тщательные стендовые и дорожные испытания гарантируют надежность и долговечность продукции.​​ Этот подход сочетает в себе высокую эффективность традиционных центральных приводов с гибкостью компоновки.

ii. Ключевые технические проблемы и инновационные решения для двигателей электробусов

​

1. Окончательный подход к управлению температурным режимом: от базового охлаждения к интеллектуальному контролю температуры​

Эффективная и стабильная работа двигателя во многом зависит от превосходного управления температурой. Передовые решения превратились в сложныемногопутевые совместные системы охлаждения:

• ​

• Прямое масляное охлаждение обмотки статора:​Охлаждающее масло течет непосредственно внутри каналов внутри шпилек обмотки, обеспечивая чрезвычайно высокую эффективность отвода тепла. ​Усовершенствованные системы управления температурным режимом используют стратегии независимого мониторинга температуры в нескольких ключевых точках внутри двигателя., гарантируя, что система всегда работает в оптимальном температурном диапазоне.

• ​

• Интеллектуальные стратегии термоконтроля:​​ На основе обратной связи по температуре в реальном времени и прогнозных моделей динамически регулируются поток охлаждающей жидкости и нагрузка двигателя. ​Некоторые усовершенствованные интегрированные блоки питания (CDU), которые сочетают в себе функции OBC, DCDC и PDU, обеспечивают стабильную основу распределения энергии для управления температурным режимом автомобиля, включая систему электронного привода.​​

​

2. Обеспечение надежности и долговечности системы: от проектирования до мониторинга​

В условиях ежедневной интенсивной эксплуатации автобусов надежность имеет первостепенное значение. Это зависит от:

• ​Ключевые обновления материалов и процессов:​Например, использование высокотемпературных редкоземельных постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой; ​С точки зрения технологического процесса, технология автоматизированной намотки и вакуумная пропитка обеспечивают постоянство и надежность обработки изоляции.​​

•  

• ​Стратегии согласования и контроля всего транспортного средства:Успешные системы электронного привода основаны на глубоком опыте согласования всего автомобиля и передовых стратегиях управления. Например, контроллеры двигателей, разработанные специально для коммерческих автомобилей, имеют оптимизированную логику управления для точного управления крутящим моментом и плавной езды. Их эффективность преобразования энергии значительно улучшена по сравнению со средними показателями по отрасли.​​

iii. Интеграция и синергия: тенденции развития на системном уровне

Будущая конкурентоспособность электрических автобусов будет все больше зависеть от глубокой интеграции и интеллектуальной синергии системы привода с другими частями автомобиля.

​

1. Глубоко интегрированные платформы электронного привода и электрическое шасси.​

Системы привода следующего поколения движутся к интеграции двигателя, контроллера, коробки передач, бортового зарядного устройства и т. д. в единую платформу. ​Философия платформенного проектирования позволяет адаптировать одну и ту же платформу электронного привода для разных моделей автомобилей и требований к мощности.​Сделав еще один шаг,Появляются комплексные решения на электрическом шасси. Они включают в себя мощные модули PMSM (иногда имеющие шестифазную конструкцию для повышения безопасности резервирования), аккумуляторные блоки большой емкости, специальные переднюю и заднюю оси и системы подвески, обеспечивая готовую платформу для производителей транспортных средств., что значительно повышает эффективность развития и устойчивость цепочки поставок.

​

2. Интеллектуальная связь с управлением энергопотреблением всего автомобиля​

Двигатель становится основным участником управления потоками энергии автомобиля. Благодаря обмену данными в режиме реального времени с системой управления батареями (BMS), системой управления температурным режимом (TMS) и облачными платформами достигается прогнозируемое управление энергопотреблением. ​Блок управления транспортным средством (VCU), действующий как «мозг» электромобиля, координирует работу MCU, BMS и других вспомогательных устройств. На основе состояния автомобиля и намерений водителя он формулирует оптимальные стратегии управления энергопотреблением, тем самым всесторонне повышая энергоэффективность.​​

ииии. Перспективы на будущее: новые материалы и концепции, способствующие технологическим изменениям

Технологическая эволюция бесконечна. Некоторые передовые исследования формируют основу для следующего поколения двигателей для электрических автобусов:

•  

• ​Применение новых материалов:​Использование в контроллерах полупроводников с широкой запрещенной зоной, таких как карбид кремния (SiC), может значительно снизить потери на переключение. ​Исследования материалов для постоянных магнитов с низким содержанием тяжелых редкоземельных или даже нередкоземельных металлов.​ является важным направлением решения ресурсных проблем.

•  

• ​Разнообразные сценарии применения:​Достижения в области технологий электронного привода расширяют диапазон его применения до таких секторов, какгорнодобывающая/портовая техника и электросуда. Это предъявляет более высокие требования к адаптации к окружающей среде, мощности и крутящему моменту, что способствует диверсификации технологического развития.

Заключение

От высокоэффективных и надежных синхронных двигателей с постоянными магнитами до высокоинтегрированных электронных мостов и ориентированных на будущее электрических шасси, технология привода электрических автобусов быстро развивается в сторону интеграции, интеллекта и платформеризации. ​Решения, включающие двигатели с высокой удельной мощностью, интеллектуальное управление температурным режимом, усовершенствованные стратегии управления и прогнозирующий мониторинг состояния.​ постоянно расширяют границы производительности, обеспечивая более мощную и интеллектуальную основу для «зеленой» городской мобильности во всем мире. Выбор технологического пути все больше фокусируется на стоимости и выгодах жизненного цикла, стремясь к устойчивому переходу к электрификации общественного транспорта.

Эта статья основана на анализе общедоступных отраслевых технических материалов и тенденций развития с целью обеспечить объективную техническую интерпретацию. Конкретные технические параметры и области применения должны быть проверены официальной информацией производителя.