Kết cấu hệ thống truyền động trên xe điện Tesla

Thứ tư, 25/10/2023, 10:42 (GMT+7)

Động cơ, hộp số và bộ điều khiển biến tần tạo nên cụm bộ truyền động. Các bộ phận thành phần của lắp ráp được tích hợp cao, tận dụng các giao diện được chia sẻ và kết nối với nhau để giảm độ phức tạp của hệ thống và cải thiện độ tin cậy. Ba bộ phận thành phần không được tách rời tại hiện trường và chỉ được mở trong môi trường nạp sẽ với các dụng cụ và thiết bị thử nghiệm thích hợp. Trong bài viết này sẽ giới thiệu rõ hơn về kết cấu của hệ thống truyền động trên xe điện Tesla.

Kết cấu chung của hệ thống truyền động được biểu diễn như hình 1.

Hình 1a. Vị trí hệ thống truyền động

Trong đó: 1. Bộ điều khiển biến tần; 2. Động cơ điện; 3. Trục truyền bên trái; 4. Hộp số; 5. Trục truyền bên phải.

Hình 1b. Kết cấu hệ thống truyền động

Trong đó: 1. Bộ điều khiển biến tần; 2. Ống thông hơi biến tần; 3. Ống thông hơi hộp số; 4. Gá lắp sau hộp số; 5. Động cơ điện; 6. Cảm biến tốc độ động cơ điện; 7. Ống làm mát; 8. Đường vào làm mát; 9. Gá lắp bên động cơ; 10. Trục truyền bên trái; 11. Nút xả dầu hộp số; 12. Nút tra dầu hộp số; 13. Giá lắp trước hộp số;  14. Trục truyền bên phải.

 

1. Động cơ điện

Hình 2. Kết cấu động cơ điện

Trong đó: 1. Các đầu cuộn dây A,B,C; 2. Vòng bi rô to; 3. Bộ đo tốc độ động cơ; 4. Cảm biến tốc độ động cơ; 5. Rotor; 6. Stator

Động cơ cảm ứng xoay chiều 3 pha bao gồm một stato và một rôto được đặt trong một vật đúc bằng nhôm được dùng chung với một nửa vỏ hộp số. Mức độ tích hợp này giúp không thể tách động cơ ra khỏi hộp số. Ưu điểm của việc tích hợp là giảm tổng chi phí và khối lượng cơ khí của hệ thống đơn vị truyền động.

Stato bao gồm một chồng các lớp thép. Trong stato, các khe chứa cuộn dây động cơ dẫn điện và các lớp phim cách điện khác nhau. Các cảm biến nhiệt độ stato được chôn bên trong các cuộn dây. Stato được kết nối trực tiếp với biến tần truyền động và không sử dụng cáp động cơ hoặc đầu nối. Kết nối có thể được truy cập phía sau nắp lệch pha màu cam trên hộp số. Việc loại bỏ cáp động cơ giúp giảm chi phí hệ thống, các chế độ hỏng hóc, phát xạ bức xạ và khối lượng. Giảm tổn thất điện trở trong cáp và các kết nối cũng giúp cải thiện hiệu quả của bộ truyền động và phạm vi của xe.

Rôto bao gồm một chồng các thanh thép với các thanh dẫn đồng cách đều nhau xung quanh chu vi. Rôto được gắn trên một trục trung tâm, được hỗ trợ ở hai đầu bởi các ổ trục để cho phép quay trơn tru.

2. Cảm biến tốc độ động cơ

Tốc độ động cơ được đo bằng cảm biến hiệu ứng Hall hai kênh. Cảm biến giám sát chuyển động quay của các răng của bánh xe mã hoá được gắn vào trục rôto. Đầu ra của cảm biến là hai sóng vuông lệch pha nhau 90 độ. Bảng điều khiển biến tần sử dụng tần số của tín hiệu mã hoá để xác định tốc độ động cơ và pha của hai tín hiệu để xác định hướng động cơ.

Kết nối giữa cảm biến và biến tần truyền động là bên ngoài bộ truyền động và định tuyến qua dây nịt khung phụ phía sau. Biến tần truyền động cung cấp năng lượng cho bộ mã hoá, cũng như trở đất cho cảm biến. Cảm biến tốc độ động cơ có thể được thay thế tại hiện trường bằng cách rút dây nịt và tháo vít lắp.

3. Biến tần truyền động

Hình 3. Kết cấu kiến tần truyền động

Trong đó: 1. Bộ điều khiển biến tần; 2. Giắc cắm cáp điện áp cao; 3. Nắp kết nối cáp điện áp cao; 4. Giắc kết nối 12 V

Biến tần truyền động chuyển các lệnh của người lái xe từ bộ chọn số, chân ga và bàn đạp phanh thành các dòng điện xoay chiều được áp dụng cho động cơ để tạo ra tốc độ, mô-men xoắn và hướng quay chính xác để di chuyển xe.

Biến tần truyền động là một hệ thống hai chiều. Nó chuyển đổi dòng điện của pin thành dòng điện của động cơ với dòng điện chạy theo một trong hai hướng và với mô-men xoắn đầu ra theo một trong hai hướng. Phanh tái tạo được thực hiện bằng cách sử dụng biến tần truyền động để tạo ra mô-men xoắn âm và dòng điện tương ứng từ động cơ đến pin. Phanh tái sinh chỉ được phép khi hệ thống kiểm soát ổn định và ABS đang hoạt động. Kiểm soát lực kéo được thực hiện trong hệ thống kiểm soát ổn định trong Model S, với các lệnh giới hạn mô-men xoắn được gửi đến biến tần truyền động khi lực kéo giảm.

Biến tần điều khiển chứa hai bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP) trên bảng điều khiển. DSP chính điều khiển động cơ, giám sát tình trạng của hệ thống đơn vị truyền động và xử lý các yêu cầu của trình điều khiển. DSP thứ hai (được gọi là Màn hình bàn đạp) là một màn hình an toàn có thể dừng tất cả quá trình tạo mô-men xoắn nếu dòng động cơ, tốc độ hoặc điều kiện bàn đạp ga cho thấy rằng DSP chính đang hoạt động không chính xác. Một mảng cổng lập trình trường (FPGA) trên bảng điều khiển quản lý nhiều loại mạch bảo vệ và an toàn cấp phần cứng. Một EEPROM trên bộ điều khiển lưu trữ số sê-ri của bộ truyền động, cho phép theo dõi phả hệ và lịch sử xây dựng của bộ truyền động bằng cách sử dụng hệ thống nhật ký xe. Hai DSP và FPGA có thể được lập trình lại qua giao diện CAN.

Biến tần điều khiển theo dõi nhiệt độ của động cơ và điện tử công suất. Nó gửi các yêu cầu làm mát cho động cơ và thiết bị điện tử biến tần truyền động bên trong tới bộ điều khiển nhiệt. Không có điều khiển trực tiếp đối với lưu lượng nước làm mát hoặc tốc độ quạt từ biến tần truyền động; bộ điều khiển nhiệt quản lý hệ thống đến các mục tiêu được tối ưu hoá về phạm vi và hiệu quả.

Nếu vượt quá giới hạn nhiệt, bộ biến tần giới hạn mô-men xoắn động cơ cho đến khi nhiệt độ trở lại trong phạm vi hoạt động danh định.

4. Hộp số

Hình 4. Kết cấu hộp số

Trong đó: 1. Vành răng; 2. Vỏ hộp số; 3. Bánh răng vi sai; 4. Bánh răng trung gian; 5. Bơm dầu; 6. Phớt trục truyền; 7. Vòng bi vi sai

Hộp số sử dụng kiểu bố trí trục lệch ba trục với hai bánh răng giảm tốc. Vỏ hộp số bằng nhôm đúc có tính năng hộp số và van xả biến tần và phích cắm / cấp và xả dầu.

Không có liên kết cơ học giữa bộ chọn bánh răng và hộp số. Bộ bánh răng hộp số có dạng lưới không đổi. Hộp số không có số lùi hoặc trung gian và không có chốt đỗ xe. Số “Lùi”  được thực hiện bằng cách đảo ngược cực của mô-men xoắn động cơ. Số “Neutral” đạt được bằng cách khử năng lượng cho động cơ.

5. Làm mát

Hình 2.12a. Kết cấu hệ thống làm mát

Trong đó: 1. Ống xả khí; 2. Ống thông hơi hộp số; 3. Đường ống làm mát; 4. Đường vào làm mát; 5. Đường ống làm mát; 6. Bộ làm mát rô tô; 7. Áo nước làm mát stato; 8. Nút xả dầu hộp số; 9. Nút tra dầu hộp số.

Hình 2.12b. Kết cấu hệ thống làm mát

Trong đó: 1. Đường ống xả làm mát; 2. Đường ống làm mát; 3. Bộ làm mát hộp số; 4. Đường ống ra của bộ làm mát.

Động cơ, hộp số và biến tần truyền động sử dụng chung một hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Chất làm mát đi vào phía động cơ của bộ truyền động và chảy qua hộp số và truyền động biến tần thông qua một loạt các lối đi bên trong.

Bộ truyền động được làm mát bằng cách sử dụng hỗn hợp glycol / nước được luân chuyển bởi vòng làm mát bộ truyền động. Chất làm mát đi từ bộ tản nhiệt, qua (các) bộ nạp, đến ống góp chất làm mát. Vòng làm mát bên trong được chia thành hai đường dẫn dòng bởi ống góp trên đúc chuông cuối động cơ.

Nước làm mát từ đáy của ống góp được dẫn vào áo làm mát stato trong vỏ. Từ stato, chất làm mát chảy qua bộ biến tần trước khi ra khỏi bộ truyền động qua cửa xả chất làm mát. Nhiệt được truyền từ các thành phần này sang chất làm mát. Chất làm mát quay trở lại bộ tản nhiệt nơi nhiệt độ của chất làm mát được giảm xuống do không khí chạy qua các cánh tản nhiệt trước khi nó lại chảy quanh mạch. Hệ thống hoạt động ở áp suất từ 5 psi (35 kPa) đến 19 psi (130 kPa). Nhiệt độ hệ thống được duy trì dưới 85 ° C (185 ° F).

Nước làm mát từ tâm của ống góp được đưa đến trục rôto, trục này rỗng. Chất làm mát chảy vào trục, quay trở lại dọc theo thành bên trong. Làm mát rôto trực tiếp này là một cải tiến mới cho Model S. Chất làm mát quay trở lại từ rôto đi ra khỏi đầu ống góp và chảy qua đường ống làm mát đến bộ làm mát hộp số, sau đó thoát ra ngoài qua cửa xả chất làm mát.

Đường ống dẫn khí kết nối phần trên của áo làm mát stato và đầu ra chất làm mát sẽ loại bỏ bất kỳ túi khí nào có trong bộ truyền động.