전기버스에는 어떤 모터가 사용되나요? 주류 기술과 최첨단 동향에 대한 심층 분석

탄소 배출 제로 도시 대중 교통을 향한 전 세계적 전환의 물결 속에서 전기 버스의 성능을 결정하는 핵심 구성 요소인 구동 모터는 차량 효율성, 주행 거리 및 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 현재 산업 솔루션은 더 높은 효율성, 더 큰 통합, 더 스마트한 제어를 중심으로 경쟁하고 있습니다. ​정격 출력이 60kW~350kW에 달하는 PMSM(영구 자석 동기 모터) 시리즈와 같은 고급 구동 시스템은 고도로 통합된 설계를 통해 미니밴부터 대형 버스까지 다양한 차량의 엄격한 요구 사항을 충족하고 있습니다.​​ 이 기사에서는 전기 버스 부문의 최첨단 솔루션을 통합하는 주류 모터 기술, 주요 기술 과제 및 미래 동향에 대한 심층 분석을 제공합니다.

나. 주류 모터 기술의 종합 비교 및 ​​심층 분석

​1. 영구자석 동기 모터(PMSM): 고성능 버스를 위한 주류 선택​

PMSM 모터는 뛰어난 출력 밀도와 효율성으로 인해 중급 및 고급형 전기 버스의 절대적인 주류가 되었습니다. 그들의 기술 핵심은 고성능 희토류 영구 자석 재료(예: 네오디뮴 자석)를 사용하여 회전자 자기장을 생성하는 데 있습니다.

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현재 고급 기술 기능은 다음과 같습니다.​​

• ​높은 전력 밀도 및 컴팩트한 구조:​​ 차세대 모터는 최적화된 자기 회로 설계를 통해 컴팩트한 구조를 유지하면서 상당한 전력 증가를 달성합니다. ​예를 들어 특정 고급 PMSM 모델은 내부 영구 자석(IPM) 회전자와 최적화된 고정자 슬롯 설계를 활용하여 높은 토크 밀도와 넓은 정전력 속도 범위를 달성합니다., 제한된 섀시 공간 내에 고전력 드라이브 장치를 배치할 수 있습니다.

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• 전체 범위의 효율적인 제어 및 고급 컨트롤러:​​ 고급 FOC(자속 기준 제어) 알고리즘을 통해 모터는 넓은 속도 범위에서 높은 효율을 유지합니다. ​일치하는 고급 모터 컨트롤러 유닛(MCU)은 종종 양면 수냉식 기술을 활용하고 SVPWM 변조 전략을 지원하여 고주파수 작동 조건에서 안정적인 고전력 출력과 낮은 고조파 왜곡을 보장합니다.​​

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• ​통합 및 경량화:​​ 모터, 컨트롤러, 기어박스의 고집적 디자인이 트렌드가 되었습니다. 이 "멀티인원" e-드라이브 액슬은 연결 구성 요소를 줄일 뿐만 아니라 시스템 무게도 줄여줍니다. ​업계 최고의 통합 솔루션에는 모터, 기어박스 및 컨트롤러의 전체적인 설계가 포함되어 부품 수, 부피 및 무게를 효과적으로 줄입니다.​​

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2. 통합 E-액슬: 중앙 집중식 드라이브를 위한 혁신적인 경로​

​중앙 구동 E-액슬​는 또 다른 중요한 기술 경로입니다. 모터, 기어박스 및 차동 장치를 소형 파워트레인에 고도로 통합합니다.

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핵심 장점과 기술 진보는 다음에 반영됩니다.​​

• ​높은 통합성 및 편리한 패키징: 버스 및 트럭용으로 설계된 E-액슬은 높은 통합성을 특징으로 하여 섀시 레이아웃을 위한 더 많은 공간을 확보하고 배터리 팩 및 기타 시스템의 배치를 용이하게 합니다.​​

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• ​뛰어난 효율성과 신뢰성:최적화된 기어 설계와 효율적인 윤활 시스템을 활용하여 높은 전달 효율을 제공합니다. 엄격한 벤치 및 도로 테스트를 통해 제품 신뢰성과 내구성이 보장됩니다.​​ 이 접근 방식은 기존 중앙 드라이브의 높은 효율성과 패키징 유연성의 균형을 유지합니다.

ii. 전기 버스 모터의 주요 기술적 과제와 혁신적인 솔루션

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1. 궁극적인 열 관리 추구: 기본 냉각부터 지능형 온도 제어까지​

효율적이고 안정적인 모터 작동은 탁월한 열 관리에 크게 좌우됩니다. 최첨단 솔루션이 정교하게 진화했습니다.다중 경로 협업 냉각 시스템:

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• 고정자 권선 직접 오일 냉각:​​ 냉각수 오일은 헤어핀 권선 내의 채널 내부로 직접 흐르므로 매우 높은 열 제거 효율을 제공합니다. ​고급 열 관리 시스템은 모터 내부의 여러 주요 지점에서 온도를 독립적으로 모니터링하는 전략을 사용합니다., 시스템이 항상 최적의 온도 창 내에서 작동하도록 보장합니다.

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• 지능형 열 제어 전략:​​ 실시간 온도 피드백과 예측 모델을 기반으로 냉각수 흐름과 모터 부하가 동적으로 조절됩니다. ​OBC, DCDC 및 PDU 기능을 결합한 일부 고급 통합 전원 공급 장치(CDU)는 e-drive 시스템을 포함하여 차량의 열 관리를 위한 안정적인 에너지 분배 기반을 제공합니다.​​

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2. 시스템 신뢰성 및 내구성 보장: 설계부터 모니터링까지​

매일같이 고강도 버스 운행을 하기 위해서는 신뢰성이 무엇보다 중요합니다. 이는 다음 사항에 의존합니다.

• ​주요 재료 및 공정 업그레이드:​​ 고온, 고 보자력 희토류 영구 자석을 사용하는 등; ​공정면에서는 자동화된 와인딩 기술과 진공 함침을 통해 절연 처리의 일관성과 신뢰성을 보장합니다.​​

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• ​전체 차량 매칭 및 제어 전략:성공적인 e-드라이브 시스템은 심층적인 전체 차량 매칭 전문 지식과 고급 제어 전략에 의존합니다. 예를 들어, 상업용 차량용으로 특별히 설계된 모터 컨트롤러는 정밀한 토크 제어와 부드러운 승차감을 위해 최적화된 제어 로직을 갖추고 있습니다. 에너지 변환 효율은 업계 평균에 비해 크게 향상되었습니다.​​

iii. 통합과 시너지: 시스템 수준 개발 동향

전기 버스의 미래 경쟁력은 구동 시스템과 다른 차량 부품의 긴밀한 통합 및 지능적인 시너지 효과에 점점 더 의존하게 될 것입니다.

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1. 긴밀하게 통합된 E-드라이브 플랫폼과 전기 섀시​

차세대 드라이브 시스템은 모터, 컨트롤러, 기어박스, 온보드 충전기 등을 단일 플랫폼에 통합하는 방향으로 나아가고 있습니다. ​플랫폼 기반 설계 철학을 통해 동일한 e-drive 플랫폼을 다양한 차량 모델 및 전력 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.​​ 한 단계 더 나아가, ​완전한 전기 섀시 솔루션이 등장하고 있습니다. 여기에는 고전력 PMSM(때때로 향상된 이중화 안전성을 위한 6단계 설계 포함), 대용량 배터리 팩, 전용 전방 및 후방 차축, 서스펜션 시스템이 통합되어 차량 제조업체에 바로 사용할 수 있는 플랫폼을 제공합니다., 개발 효율성과 공급망 탄력성이 크게 향상됩니다.

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2. 차량 전체 에너지 관리와의 지능적 연계​

모터는 차량의 에너지 흐름 관리에 핵심 역할을 합니다. 배터리 관리 시스템(BMS), 열 관리 시스템(TMS), 클라우드 플랫폼과의 실시간 통신을 통해 예측적 에너지 관리가 달성됩니다. ​전기 자동차의 "두뇌" 역할을 하는 차량 제어 장치(VCU)는 MCU, BMS 및 기타 보조 장치를 조정합니다. 차량 상태와 운전자 의도를 기반으로 최적의 에너지 관리 전략을 수립하여 에너지 효율을 종합적으로 향상시킵니다.​​

iii. 미래 전망: 기술 변화를 주도하는 새로운 소재와 개념

기술의 발전은 끝이 없습니다. 일부 최첨단 연구는 차세대 전기 버스 모터의 청사진을 형성하고 있습니다.

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• ​신소재 적용:​​ 컨트롤러에 SiC(실리콘 카바이드)와 같은 밴드갭이 넓은 반도체를 사용하면 스위칭 손실을 크게 줄일 수 있습니다. ​저중희토류 또는 비희토류 영구자석 소재에 대한 연구​는 자원 문제를 해결하기 위한 중요한 방향입니다.

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• ​다양한 애플리케이션 시나리오:​​ e-드라이브 기술의 발전으로 적용 범위가 다음과 같은 분야로 확대되고 있습니다.광산/항만 기계 및 전기 선박. 이로 인해 환경적응성, 출력, 토크에 대한 요구가 높아지고 결과적으로 다양한 기술 개발이 촉진됩니다.

결론

매우 효율적이고 안정적인 영구 자석 동기 모터부터 고도로 통합된 E-축 및 미래 지향적인 전기 섀시에 이르기까지 전기 버스 드라이브 기술은 통합, 지능 및 플랫폼화를 향해 빠르게 발전하고 있습니다. ​고전력 밀도 모터, 지능형 열 관리, 고급 제어 전략 및 예측적 상태 모니터링을 통합한 솔루션​는 지속적으로 성능 한계를 뛰어넘어 전 세계적으로 친환경 도시 모빌리티를 위한 더욱 강력하고 스마트한 핵심 성능을 제공하고 있습니다. 기술 경로 선택은 대중교통 전기화로의 지속 가능한 전환을 목표로 수명주기 비용과 이점에 점점 더 중점을 두고 있습니다.

이 글은 공개적으로 이용 가능한 산업 기술 자료와 개발 동향을 분석하여 객관적인 기술 해석을 제공하는 것을 목표로 합니다. 특정 기술 매개변수 및 응용 분야는 공식 제조업체 정보를 통해 확인해야 합니다.