Elektromobil s bateriemi Li-pol

Transkript

1 Technická fakulta ČZU Praha Autor: Pavel Florián Semestr: letní 2008 Elektromobil s bateriemi Li-pol Popis - a) napájecí část (jednotka) - b) konstrukce elektromobilu - c) pohonná jednotka a) Tento elektromobil je napájen jedním z nejnovějších druhů elektrických článků (baterií typů Li-Pol),které se v dnešní době používají v mob. telefonech, noteboocích atd. Tyto baterie mají oproti svým předchůdcům výhody: - netrpí paměťovým efektem, - mají velmi malé samovybíjení(zhruba cca 1% za měsíc(oproti cca 10-15% u Nixx) - malá hmotnost a velká hustota energie(poloviční hmotnost při stejné nebo větší kapacitě oproti Nixx článkům). nevýhody: - vyšší cena - malý nabíjecí proudy (nelze použít k rychlonabíjení) - nároky na přesné nabíjení ( při špatném nabíjení může až dojít k požáru expandujících plynů). b) Tento rám je základní nosnou částí automobilu, který přenáší suvnou sílu z hnacích kol na karoserii a při brzdění zachycuje brzdnou sílu.konstrukce tohoto rámu je obdobná jako v případě plošinového, s tím rozdílem, že se zde nacházejí baterie. Tyto baterie jsou uloženy ve středu podvozkové části, kde je k nosným rourám upevněn vyjímatelný obdelníkový plech tloušťky 0,8-1,25 mm. Tato ocelová plošina tvoří součastně podlahu karoserie. V přední části je použita náprava s tlumičovou vzpěrou a závěsným ramenem. Nad nimi je uložen napěťový střídač a napříč kvůli dobrému vyvážení střídavý asynchronní motor. K motoru je přes převodovku připojena hnací hřídel která je spojena s diferenciálem zadní nápravy. Zpřevodovaná hnací hřídel je uchycena k rámu pomocí navařených ok. Zadní náprava je konstruována obdobným principem jako je kliková náprava s vlečnými rameny. c) Pohonnou jednotku elektromobilu tvoří třífázový asynchronní motor AMD jehož hmotnost je kolem 188kg s kotvou nakrátko (parametry uvedeny dále). Motor je napájen pomocí pozměněného elektronického měniče napětí EM 50/750/3 řízeného pulzním procesorem s IGBT tranzistory, který slouží k výrobě sinusového napětí 3*380V (resp.

2 400V), v rozsahu 0-300Hz. Měnič je napájen ze stejnosměrného zdroje se jmenovitým napětím 200 V.Měnič je umístěn do dvojitého panelu universálního reléového stojanu. Výhodou je plný přizpůsobení parametrů třífázového asynchronního motoru,vysoký záběrový moment, vysoká stabilita kmitočtu a amplitudy výstupního napětí. Pomocí vysokého frekvenčního rozsahu lze měnit otáčky motoru. Od motoru je koncová část hřídele s válečkovými ložisky napojena na reduktor, který se stará o změnu otáček hnacího kardanového hřídele. Tento hřídel vstupuje do diferenciálu, ze kterého je hnací moment rozdělen na zadní hnací kola. Schéma Výpočty Elektrické články typu Li-pol AVACOM Q-Tek 9000: Parametry jednoho článku: U č rozměry: := 3.7 V (délka,šířka,výška)

3 I č := A t č := 3600 s d č := 71mm š č := 56.6 mm v č := 4.5mm Kapacita jednoho článku: C č := I č t č C č = C C č = 1620 mah Objem jednoho článku: V č := d č š č v č V č = L Hmotnost jednoho článku: m č := 30g Elektronický měnič napětí EM 50/750/3 s řízeným pulsním procesorem a regulací tranzistorů IGBT(MITSUBISHI) : ČSN Vstupní parametry: rozměry : napájecí napětí U m1 := 200 V (délka,šířka,výška) maximální vstupní proud: I m1 := ( )A vstupní frekvence: f:= 0 300Hz d m := 71mm š m := 56.6 mm v m := 4.5mm Výstupní parametry: výstupní napětí: U m2 := 3 380V resp( 400V) trvalý výstupní výkon: S m := 19300V A výstupní proud: I m2 := A účinnost: η m := 80 %

4 Izolovaná vstupní část FET (hradlo Gate) používaná na řízení a výkonný bipolární výstup pro vysoké proudy a napětí, jsou umístěny v jednom pouzdře a celý komplet se právě nazývá IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

5 Asynchronní motor AMD : Vstupní parametry: rozměry : jmenovité napěti: U am := V (délka,šířka,výška) jmenovitý proud: I am := A d am := 850mm Výstupní parametry: Jmenovitý moment: š am := 262mm M:= 178N m v am := 352mm Maximální moment: M max := 1050 N m Jmenovitý výkon: P:= W Jmenovitá rychlost: n j := 1500 min 1 Maximální rychlost: n max := 7500 min 1

6 Životnost ložisek: Dvouřadá válečková ložiska Volba ložisek : dle maximální dovoleného zatížení. Inovace : Obrázek pozměněn, kroutící moment není přenášen řemenicí. Hřídel od rotoru vstupuje přímo do reduktoru. Radiální síla bude proto minimální. E [mm] vzdálenost mezi motorem a hřídelí. Y poměr hodnot (A+B) a B

7 Výpočet životnosti ložisek: radiální zatížení: F r := 20N dynamické zatížení dle typu ložiska: C L := 4100N rotační součinitel: V L := 1 exponent pro válečkový ložiska: y:= 3.33 jmenovité otáčky motoru: Stálé dynamické axiální zatížení ložiska: Součinitel dynamického radiálního zatížení ložiska: n j = 25 1 s F a := 0.3N (je téměř nulové) X:= 1 Součinitel dynamického axiálního zatížení ložiska: Y:= 2.3 Součinitel statického radiálního zatížení ložiska: X 0 := 1 Stálé statické radiální zatížení ložiska: F r0 := 50N ( zvolené) Součinitel statického axiálního zatížení ložiska: Y 0 := 1 Stálé statické axiální zatížení ložiska: F a0 := 0N (Podmínka) Dynamické ekvivalentní zatížení: F dl := X V L F r + Y F a F dl = N Statického ekvivalentního zatížení: F 0 := X 0 F r0 + Y 0 F a0 F 0 = 50 N Živostnost ložiska (v miliónech otáček): L L := C L F dl y 10 6 L L =

8 Doba živostnost ložiska (v miliónech otáček): (v sekundách) L s := C L F dl y n j L s = s Výpočet parametrů provozu za téměř ideálních podmínek (Hmotnost automobilu se do odporové síly při jízdě po rovině neprojeví a tudíž ji můžeme zanedbat.) Výpočet odporových sil : délka dráhy: L d := m pruměrná rychlost: v s := m s čelní plocha auta: S p := 2 m 2 hustota vzduchu: ρ v := 1.25 kg m 3 soucinitel odporu: c x := 0.3 Koeficient odporu vzduchu: 1 C ov := 2 c x S p ρ v C ov = kg C m ov := Síly odporu vzduchu: 2 F ov := C ov v s F ov = m2 s 2 F ov := 185N Odporová síla valivého odporu: poloměr kola: R k := 250mm

9 součinitel valivého odporu: ξ:= m normálová síla: F n := 9500N F n Pro jedno kolo: F vo1 := ξ F R vo1 = 171 N k F vo := 4 F vo1 F vo = 684 N Celková síla odporu: F o := F ov + F vo F o = 869 N Výpočet baterie Práce potředná k překonání odporu : C b A = P o t = U m1 = U C t b A:= F o L d A = J Minimální kapacity baterie: U C = F o L A C b := C U b = C C b A h m1 Výkon (odporu) prostředí a doba dojezdu: P o := U m1 I m1 C b L d P o = U m1 I = C t b t t d := t v d = s s A P o := P t o = W d ( nutno prekonat) Proud jednoho článku po dobu td: (články nemohou dát plnou svoji kapacitu kvůli době dojezdu.) C č I č1 := I t č1 = A d Proud baterie: P o I b := I U b = A m1

10 Výpočet Objemu baterie: Počet článků: sériově s:= 54 paralelně p:= 298 Celkový počet článků: P č := s p P č = Celkový objem baterie: V b := P č V č V b = L Závěr Použitím těchto Li-pol baterií se zvýší nejen doba provozu,ale i dojezdová dráha. V porovnání se spalovacími agregáty je mnohonásobně větší účinnost(benzín η = 10-18%, elektromobil η = 90%). Navíc se zmenší rozměry a zvětší zavazadlový prostor díky uložení baterií v podvozkové části. K rozjetí až dosažení průměrné rychlosti kolem 80km/h, dráhou 400km ujetou v čase 5h a překonáním odporu prostředí bude muset být vybaven minimálně články o objemu 291,003 L. Vliv na životní prostředí Vzhledem k ekologii bude velké plus provoz tohoto elektromobilu, který nezpůsobuje žádné emise(imise) oproti spalovacím motorům. Problém nastane až s výměnou baterií, respektive uplynutím životností, která pro tyto články je zhruba 3-5 let. Potom bude alternativní řešení najít vhodný proces recyklace. Literatura odkazy a zdroje

11 Internet - Motor : Měniče : Značky aut (Elektromobily) : - Ložiska: Literatura - Automobily I. II. (Milan Pilarik, Jiří Past) - Strojně technická příručka (Svatopluk Černoch)