신에너지 차량의 핵심에는 차량의 동력원인 전기 구동 시스템이 있습니다. 배터리 전기 자동차(BEV)의 경우 유일한 구동 장치 역할을 하며 기존 연료 자동차의 내연 기관을 완전히 대체하고 대체할 수 없는 위치를 유지합니다. 모터 컨트롤러의 정밀한 제어에 따라 전기 구동 시스템은 전원 배터리에 저장된 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 차량을 추진하고 전진, 후진 이동, 가속, 감속 및 기타 주행 작업을 가능하게 합니다.
전기 구동 시스템의 각 구성 요소는 인간의 근육과 뼈가 협력하여 물리적 움직임을 수행하는 것처럼 긴밀하게 협력하여 작동합니다. 핵심 부품인 모터는 동력 출력을 담당하는 '근육' 역할을 하고, 변속 메커니즘은 부드러운 주행을 위해 모터에서 바퀴로 동력을 전달하는 '뼈' 역할을 합니다. 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV) 및 확장된{3}}주행거리 전기 자동차(EREV)의 경우 구동 모터 옆에 발전기가 추가로 장착됩니다. 발전기는 연소, 열 방출 및 팽창을 통해 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 그런 다음 전기 모터는 이 전기를 기계 에너지로 다시 변환하여 바퀴에 전달하고 구동 모터와 협력하여 차량 동력을 공급합니다.
전기 구동 시스템의 구성 및 작동 원리
1. 핵심 구성요소
전기 구동 시스템은 주로 구동 모터, 모터 컨트롤러 및 감속기의 세 가지 주요 어셈블리로 구성됩니다.
전체 시스템의 동력 핵심인 구동 모터는 동력 배터리의 전기 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환하여 차량 주행에 지속적인 동력을 제공합니다.
모터 컨트롤러는 시스템의 "지능형 두뇌" 역할을 합니다. 차량 제어 장치(VCU)에서 내린 명령에 따라 정회전/역회전, 회전 속도, 토크 변화 등 모터 작동을 정확하게 조절합니다.
감속기는 "토크 승수" 역할을 합니다. 내부 기어 세트를 통해 토크를 높이면서 모터 출력 속도를 낮추고 차량 시동, 언덕 오르기 및 기타 높은 토크 시나리오에 충분한 전력을 제공합니다.-
2. 세부작업과정
새로운 에너지 차량에 시동을 걸고 가속 페달을 밟으면 정교하고 질서정연한 작업 흐름이 시작됩니다. 먼저, 전기 제어 시스템은 VCU로부터 신호를 받아 파워 배터리에서 출력되는 직류(DC)를 교류(AC)로 즉시 변환해, DC를 모터 구동에 적합한 AC로 변환하는 '전류 변환기' 역할을 한다. 그런 다음 AC는 구동 모터로 흐르며, 여기서 고정자 권선과 회전자 사이의 전자기 상호 작용은 전원이 공급될 때 팬 블레이드가 빠르게 회전하는 방식과 유사한 고속-회전-을 유발하여 강력한 기계 에너지를 생성합니다.-
모터에서 생성된 고속 회전 기계 에너지는-변속기 메커니즘을 통해 감속기로 전달됩니다. 감속기는 정밀한 "속도 조절기"로서 모터 속도를 줄이고 토크를 증폭시킵니다. 이렇게 조정한 후 기계적 에너지가 주행에 최적화된 형태로 바퀴에 전달되어 차량이 원활하게 앞으로 나아갑니다. 음악가가 잘 편성된 교향곡을 연주하여 새로운 에너지 차량에 동력을 공급하는 것처럼 모든 구성 요소는 프로세스 전반에 걸쳐 원활하게 협력합니다.
구동모터의 종류와 특성
전기 구동 시스템의 핵심인 구동 모터의 성능은 차량 출력을 직접적으로 결정합니다. 다양한 모터 유형이 신에너지 차량에 널리 적용되며 각각 고유한 성능과 적용 가능한 시나리오를 갖습니다.
(1) 영구자석 동기모터(PMSM)
PMSM의 컴팩트한 구조는 영구 자석을 사용하여 안정적인 자기장을 생성하므로 뛰어난 성능 덕분에 대부분의 자동차 제조업체에서 최고의 선택입니다.장점: 뛰어난 출력과 토크 밀도로 즉각적인 강력한 가속이 가능합니다. 높은 에너지 변환 효율은 전력 손실을 최소화하고 차량 순항 범위를 효과적으로 확장합니다.단점: 고가의 희토류-영구자석 재료로 인해 높은 생산 비용이 발생합니다. 영구 자석은 고온이나 과전류 조건에서 자기가 없어져 모터 성능이 크게 저하될 위험이 있습니다. 열악한 도로 조건과 무거운 하중에서 손상되기 쉬운 상대적으로 약한 기계적 구조.
(2) 비동기(AC 유도) 모터
작동 원리는 회전자 권선에 전류를 유도하여 전자기 토크를 생성하고 회전자를 회전시키는 회전 자기장을 생성하기 위해 고정자 권선에 공급되는 교류 전류에 의존합니다.장점: 고온 환경에서 안정적인 성능을 위해 고온-자기가 없어질 위험이 없습니다. 고정자, 회전자, 베어링으로 구성된 간단한 구조로 제조 난이도와 비용을 낮춥니다.단점: 에너지 변환 효율이 낮고 에너지가 열로 낭비되는 경우가 많습니다. 낮은 전력 밀도는 동일한 부피나 무게에서 더 적은 출력 전력을 의미하며 차량 전력과 내구성을 제한합니다.
(3) 전기적으로 여자되는 동기 모터
PMSM과 달리 여기를 위해 외부 전원 공급 장치가 필요합니다. 여자 전류의 크기와 방향을 조정하여 자기장 세기와 모터 작동 상태를 제어합니다.장점: 제한된 전력 손실로 높은 에너지 변환 효율; 안정적이고 정확한 전력 출력을 위해 모터 속도와 토크를 정밀하게 제어할 수 있는 뛰어난 동기식 성능으로 일관된 전력 공급이 요구되는 시나리오에 이상적입니다.단점: 여분의 여자 전원 공급 장치, 복잡한 제어 장치 및 복잡한 모터 구조로 인해 제조 비용이 높음. 취약한 부품이 많아 고장 위험이 높아지고 수리에 드는 시간과 비용이 늘어나 유지 관리 비용이 많이 듭니다.
(4) 인-휠/허브-측 모터
눈에 띄는 특징은 각 단일 휠에 대한 독립적인 구동으로 다양한 차량 디자인과 성능 가능성을 열어줍니다. 전륜-륜, 후륜-륜 및 사륜 구동 모드-를 쉽게 전환하여 다양한 도로 조건에서 뛰어난 교통성과 핸들링을 제공합니다. - 예를 들어 사륜 구동은 오프로드 장애물을 극복하기 위해 엄청난 토크를 생성합니다.- 또한 다양한 신에너지 차량 기술의 통합을 촉진하여 산업 혁신을 위한 더 많은 여지를 열어줍니다.단점: 높은 기술 장벽과 복잡한 제조 공정으로 인해 엄청난 비용이 발생하여 대규모-대량 채택이 제한됩니다. 바퀴 근처에 장착된 모터는 심한 진동과 가혹한 작동 환경을 견디어 잦은 고장을 일으키고, 바퀴 어셈블리는 충돌 시 큰 손상을 입고 수리 비용이 많이 듭니다. 또한 내부-휠/허브-측 모터는 스프링 하 질량을 증가시켜 차량 핸들링, 승차감 및 서스펜션 신뢰성을 심각하게 손상시키므로 단점을 완화하려면 최적화된 설계와 첨단 기술이 필요합니다.
전기 구동 시스템의 레이아웃 형태
(1) 중앙 전기 구동 어셈블리
이는 구동 모터와 기어박스를 기존 연료 차량 파워트레인과 전기적으로 동등한 통합 동력 장치에 통합합니다. 대표적인 예로 ZF의 CeTrax 중앙 전기 구동 어셈블리가 있는데, 이는 섀시, 앞/뒤 차축 또는 차동 장치를 크게 수정하지 않고도 기존 차량 플랫폼에 원활하게 통합될 수 있어 높은 보편성을 자랑합니다.단점: 긴 전력 전송 경로는 여러 에너지 손실 지점을 생성하여 전체 시스템 효율성을 감소시킵니다. 이는 상당한 차체 하부 공간을 차지하여 파워 배터리 레이아웃을 위한 공간을 좁히고 순항 범위와 전반적인 차량 성능을 제한합니다.
(2) 통합 전기 구동 차축
이는 전통적인 구동축과 모터를 효율적인 통합 전력 모듈로 독창적으로 결합합니다. 모터가 회전하면 동력은 감속 및 토크 증폭을 거쳐 휠을 직접 구동하여 유선형의 효율적인 동력 흐름을 제공합니다.단점: NVH(소음, 진동 및 가혹함) 성능이 좋지 않고 작동 소음 및 진동으로 인해 승차감이 저하됩니다. 큰 오프셋 스프링 하 질량은 차량 기동성을 약화시켜 조향 및 안정성의 반응성을 떨어뜨립니다.
(3) 허브-측 전기 구동 차축
모터, 감속기 및 기존 드라이브 액슬을 컴팩트한 파워 어셈블리에 긴밀하게 결합하여 높은 통합성을 달성합니다. 변속기 샤프트와 기계식 차동 장치를 제거하고 전자 차동 드라이브를 채택하여 변속기 효율을 크게 향상시킵니다-. 장애물 없는 동력 전달을 위해 우회로가 없는 직선 고속도로와 비슷합니다. 또한 공간을 최소화하여 전원 배터리 배치를 위한 충분한 공간을 확보합니다.단점: 과도한 스프링 하 질량은 서스펜션에 큰 부담을 주며 주행의 부드러움과 유연성을 약화시킵니다. 전자 차동 제어에는 휠 회전 속도를 조정하기 위한 정교한 알고리즘과 고급 제어 시스템이 필요합니다. 일관되지 않은 휠 속도는 정밀한 튜닝 없이 쉽게 나타나 주행 안정성을 위협합니다.
(4) 인-휠 모터 액슬
이는{0}}휠 모터와 드라이브 액슬에 고도로 통합되어 모터가 휠에 직접 구동되는 방식으로 신에너지 차량 드라이브 시스템의 미래 핵심 개발 방향을 나타냅니다. 동력 전달 중 에너지 손실을 최소화하면서 매우 높은 전달 효율을 제공하며, 브레이크 에너지 회수율은 100%에 가깝습니다.
지속적인 기술 발전과 혁신을 통해 전기 구동 시스템은 효율성 향상, 비용 절감 및 신뢰성 향상 분야에서 획기적인 발전을 이루며 신에너지 차량의 대중화 및 개발을 더욱 강력하게 지원할 것으로 예상됩니다. 우리는 업계를 더욱 친환경적이고 스마트하며 효율적인 미래로 이끄는 전기 구동 시스템의 더 많은 혁신을 기대합니다. 전기 구동 시스템에 대한 질문이나 통찰력이 있는 의견을 자유롭게 남겨주세요. 이 역동적인 기술 분야를 함께 살펴보겠습니다.