La structure et la conception d'un véhicule 100 % électrique diffèrent de celles d'un véhicule traditionnel à moteur à combustion interne. Il s'agit également d'une ingénierie système complexe. Elle nécessite l'intégration des technologies de batterie, de transmission, de technologie automobile et de théorie de contrôle moderne pour optimiser le processus de contrôle. Dans le cadre du plan de développement scientifique et technologique des véhicules électriques, le pays maintient le schéma de R&D « trois axes verticaux et trois axes horizontaux » et met l'accent sur la recherche sur les technologies clés communes des « trois axes horizontaux » conformément à la stratégie de transformation technologique de la « propulsion 100 % électrique », c'est-à-dire la recherche sur le moteur d'entraînement et son système de contrôle, la batterie et son système de gestion, et le système de contrôle du groupe motopropulseur. Chaque grand constructeur élabore sa propre stratégie de développement commercial conformément à la stratégie nationale de développement.
L'auteur analyse les technologies clés du développement d'un nouveau groupe motopropulseur énergétique, fournissant une base théorique et une référence pour la conception, les essais et la production de ce groupe motopropulseur. L'ouvrage est divisé en trois chapitres afin d'analyser les technologies clés de la propulsion électrique des véhicules 100 % électriques. Aujourd'hui, nous présenterons d'abord le principe et la classification des technologies de propulsion électrique.
Figure 1 Liens clés dans le développement du groupe motopropulseur
À l’heure actuelle, les technologies clés de base du groupe motopropulseur des véhicules purement électriques comprennent les quatre catégories suivantes :
Figure 2 Les principales technologies clés du groupe motopropulseur
La définition du système moteur d'entraînement
Selon l'état de la batterie du véhicule et ses besoins, l'énergie électrique produite par le dispositif de stockage d'énergie embarqué est convertie en énergie mécanique. Cette énergie est transmise aux roues motrices par le dispositif de transmission. Une partie de l'énergie mécanique du véhicule est convertie en énergie électrique et réinjectée dans le dispositif de stockage d'énergie lors du freinage. Le système de propulsion électrique comprend un moteur, un mécanisme de transmission, un contrôleur moteur et d'autres composants. Les paramètres techniques de conception du système de propulsion électrique incluent principalement la puissance, le couple, la vitesse, la tension, le rapport de démultiplication, la capacité d'alimentation, la puissance de sortie, la tension, le courant, etc.
1) Contrôleur de moteur
Également appelé onduleur, il transforme le courant continu fourni par la batterie d'alimentation en courant alternatif. Composants principaux :
◎ IGBT : commutateur électronique de puissance. Principe : grâce au contrôleur, le pont IGBT est commandé pour fermer une fréquence et un séquencement spécifiques afin de générer un courant alternatif triphasé. La fermeture du commutateur électronique de puissance convertit la tension alternative. Le rapport cyclique permet ensuite de générer une tension alternative.
◎ Capacité du film : fonction de filtrage ; capteur de courant : détection du courant de l'enroulement triphasé.
2) Circuit de commande et de pilotage : carte de commande d'ordinateur, IGBT de pilotage
Le rôle du contrôleur de moteur est de convertir le courant continu en courant alternatif, de recevoir chaque signal et de fournir la puissance et le couple correspondants. Ses principaux composants sont un commutateur électronique de puissance, un condensateur à film, un capteur de courant et un circuit de commande permettant d'ouvrir différents commutateurs, de former des courants dans différentes directions et de générer une tension alternative. Ainsi, le courant alternatif sinusoïdal peut être divisé en rectangles. Leur surface est convertie en tension de même hauteur. L'axe des abscisses contrôle la longueur en contrôlant le rapport cyclique, puis réalise la conversion équivalente de la surface. Ainsi, le courant continu peut être contrôlé pour fermer le pont IGBT à une fréquence donnée et séquencer la commutation via le contrôleur afin de générer un courant alternatif triphasé.
Actuellement, les composants clés du circuit d'entraînement dépendent des importations : condensateurs, tubes de commutation IGBT/MOSFET, DSP, puces électroniques et circuits intégrés, qui peuvent être produits indépendamment mais ont une faible capacité : circuits spéciaux, capteurs, connecteurs, qui peuvent être produits indépendamment : alimentations, diodes, inductances, circuits imprimés multicouches, fils isolés, radiateurs.
3) Moteur : convertir le courant alternatif triphasé en machine
◎ Structure : couvercles avant et arrière, coques, arbres et roulements
◎ Circuit magnétique : noyau de stator, noyau de rotor
◎ Circuit : enroulement du stator, conducteur du rotor
4) Dispositif de transmission
La boîte de vitesses ou le réducteur transforme la vitesse de couple délivrée par le moteur en vitesse et couple requis par l'ensemble du véhicule.
Type de moteur d'entraînement
Les moteurs d'entraînement sont répartis en quatre catégories. Actuellement, les moteurs à induction CA et les moteurs synchrones à aimants permanents sont les types les plus courants de véhicules électriques à énergie nouvelle. Nous nous concentrerons donc sur la technologie des moteurs à induction CA et des moteurs synchrones à aimants permanents.
| moteur à courant continu | Moteur à induction à courant alternatif | Moteur synchrone à aimant permanent | Moteur à réluctance commutée | |
| Avantage | Coût réduit, faibles exigences du système de contrôle | Faible coût, large couverture de puissance, technologie de contrôle développée, haute fiabilité | Densité de puissance élevée, rendement élevé, petite taille | Structure simple, faibles exigences du système de contrôle |
| Inconvénient | Besoins de maintenance élevés, faible vitesse, faible couple, courte durée de vie | Petite surface efficaceFaible densité de puissance | Coût élevé Faible adaptabilité environnementale | Grande fluctuation de coupleBruit de fonctionnement élevé |
| Application | Petit ou mini véhicule électrique à basse vitesse | Véhicules électriques commerciaux et voitures particulières | Véhicules électriques commerciaux et voitures particulières | Véhicule à mélange de puissance |
1) Moteur asynchrone à induction CA
Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone inductif à courant alternatif est le suivant : le bobinage traverse l'encoche du stator et le rotor, constitué de fines tôles d'acier à haute conductivité magnétique. Le courant triphasé circule dans le bobinage. Selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, un champ magnétique tournant est généré, ce qui explique la rotation du rotor. Les trois bobines du stator sont connectées à un intervalle de 120 degrés, et le conducteur de courant génère des champs magnétiques autour d'elles. Lorsque l'alimentation triphasée est appliquée à ce dispositif spécial, les champs magnétiques changent de direction avec la variation du courant alternatif à un instant donné, générant un champ magnétique d'intensité tournante uniforme. La vitesse de rotation du champ magnétique est appelée vitesse synchrone. Supposons qu'un conducteur fermé soit placé à l'intérieur, selon la loi de Faraday, puisque le champ magnétique est variable, la boucle détecte la force électromotrice, ce qui génère du courant dans la boucle. Cette situation est comparable à une boucle parcourue par un courant dans un champ magnétique, générant une force électromagnétique sur la boucle, et Huan Jiang se met en rotation. À l'aide d'un système similaire à une cage d'écureuil, un courant alternatif triphasé produit un champ magnétique tournant à travers le stator. Le courant est induit dans la barre de la cage d'écureuil court-circuitée par la bague d'extrémité, ce qui déclenche la rotation du rotor. C'est pourquoi le moteur est appelé moteur à induction. Grâce à l'induction électromagnétique, plutôt que d'être directement connecté au rotor pour induire l'électricité, le rotor est rempli de paillettes de fer isolantes, de sorte que la petite taille du fer garantit une perte minimale par courants de Foucault.
2) Moteur synchrone à courant alternatif
Le rotor d'un moteur synchrone diffère de celui d'un moteur asynchrone. Il est équipé d'un aimant permanent, qui peut être monté en surface ou noyé. Le rotor est en tôle d'acier au silicium et l'aimant permanent est noyé. Le stator est également alimenté par un courant alternatif avec un déphasage de 120, qui contrôle l'intensité et la phase du courant alternatif sinusoïdal. Ainsi, le champ magnétique généré par le stator est opposé à celui généré par le rotor, et ce champ magnétique est rotatif. De cette façon, le stator est attiré par un aimant et tourne avec le rotor. L'absorption du stator et du rotor génère cycle après cycle.
Conclusion : La motorisation des véhicules électriques est devenue la norme, mais elle n'est pas unique, mais diversifiée. Chaque système possède son propre indice de performance. Chaque système est utilisé dans la motorisation actuelle des véhicules électriques. La plupart sont des moteurs asynchrones et des moteurs synchrones à aimants permanents, tandis que d'autres tentent de commuter des moteurs à réluctance. Il convient de souligner que la motorisation intègre l'électronique de puissance, la microélectronique, le numérique, le contrôle automatique, la science des matériaux et d'autres disciplines, reflétant ainsi les perspectives d'application et de développement de multiples disciplines. C'est un concurrent sérieux dans le secteur des moteurs de véhicules électriques. Pour occuper une place dans les véhicules électriques du futur, tous les types de moteurs doivent non seulement optimiser leur structure, mais aussi explorer en permanence les aspects intelligents et numériques du système de commande.
Date de publication : 30 janvier 2023
