ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM e-kit

Transkrypt

1 Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM e-kit dr hab. inż. Jakub Bernatt, prof. KOMEL Projekt rozwojowy NR finansowany przez NCBiR

2 PRZYKŁADY MASZYN ELEKTRYCZNYCH OPRACOWANYCH DFOTYCHCZAS W KOMEL NA POTRZEBY ELEKTROMOBILNOŚCI

3 PRZYKŁADY MASZYN ELEKTRYCZNYCH OPRACOWANYCH DOTYCHCZAS W KOMEL NA POTRZEBY ELEKTROMOBILNOŚCI

4 Pierwsze prace Komel dla elektromobilności - SAM Re-VOLT Dane techniczne: Silnik: elektryczny, 3-fazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi; moc max.: 25 kw przy 3500 obr/min; moment max.: 70 N. m w zakresie obr/min. masa całkowita: 720 kg przyspieszenie: 0-50 km/h s, 0-80 km/h s; km/h s prędkość maksymalna 95 km/h Zużycie energii: średnio: 7.9 kwh / 100 km Pojemność baterii: 7 kwh Zasięg teoretyczny: 100 km Czas ładowania baterii: sieć 1-fazowa h

5 ELV 001 Dwa wysokosprawne silniki PMSM, moc 2 x 30 kw (napęd Komel) Bateria trakcyjna 21 kwh Li-Ion, 53 Ah Elektroniczny mechanizm różnicowy Prototyp lekkiego, w pełni elektrycznego pojazdu osobowego Aluminiowe chassis Nadwozie z włókien węglowych Zasięg jazdy max. 150 km

6 Nasza pierwsza konwersja auta spalinowego Peugeot Partner Napęd w pełni elektryczny Zasięg do 100 km Moc ciągła 20 kw Moc maksymalna 30 kw Moment maksymalny 90 N. m ( obr/min)

7 W latach realizowano w KOMEL projekt rozwojowy nr NR pt.: Bezemisyjny napęd elektryczny nowej generacji (e-kit) do samochodów osobowych i dostawczych o masie całkowitej do 3.5 t. Osiągnięte podstawowe parametry użytkowe samochodu osobowego z napędem e-kit: Zasięg jazdy do 150 km Prędkość max > 160 km/h Moc max silnika 60 kw Moc ciągła silnika 41 kw Moment max silnika 180 N. m Projekt rozwojowy NR finansowany przez NCBiR

8 Zastosowane rozwiązania silnik PMSM i falownik energoelektroniczny Wysokosprawny silnik synchroniczny z magnesami trwałymi Interior PMSM, max. sprawność 96 % w szerokim zakresie pracy (wielkość mech. 132 mm, 2p = 6, magnesy w układzie V); Nowoczesny falownik energoelektroniczny dedykowany dla pojazdów elektrycznych Sevcon Gen4Size8 (falownik zasila silnik 3-fazowym prądem sinusoidalnym). Moc 60/100 kw, U DC V; Wykorzystywane jest osłabianie strumienia magnetycznego w silniku PMSM w celu zwiększenia prędkości maksymalnej napędu (sterowanie dwustrefowe: stały moment, stała moc). Moment [N.m], Moc [kw] T Pm I1 = 180A Moment [N.m], Moc [kw] T Pm Chwilowe przeciążenie Prędkość obrotowa wirnika [1/min] Prędkość obrotowa wirnika [1/min] Charakterystyki elektromechaniczne momentu T = f(n) i mocy na wale P m = f(n) zmierzone w trakcie badań laboratoryjnych napędu e-kit dla miejskiego samochodu osobowego

9 Zastosowane rozwiązania silnik PMSM i falownik energoelektroniczny Mapy sprawności napędu e-kit dla samochodu osobowego zmierzone laboratoryjnie

10 Zastosowane rozwiązania silnik PMSM połączony z fabryczną ręczną skrzynią biegów Obniżenie kosztu konwersji z napędu spalinowego na elektryczny); Obniżenie stopnia skomplikowania i kosztu silnika elektrycznego (mniejszy moment na wale przy dużej sile uciągu pojazdu, mniejsza prędkość obrotowa wirnika przy dużej prędkości maksymalnej pojazdu).

11 Zastosowane rozwiązania bateria trakcyjna: Bateria trakcyjna na bazie modułów bateryjnych Li-ion nanofosfatowych, pryzmatycznych (technologia amerykańskiej firmy A123, moduły 26S3P); Moduły bateryjne dedykowane dla zastosowań motoryzacyjnych, spełniają europejskie normy bezpieczeństwa EUCAR; Zakres temperatury pracy baterii trakcyjnej C (nie są wymagane układy chłodzenia lub podgrzewania baterii trakcyjnej jak w innych technologiach Li-ion); Moduły A123 charakteryzują się jedną z najwyższych żywotności gwarantowane ponad 3000 cykli ładowania (powinny wytrzymać znacznie więcej).

12 Zastosowane rozwiązania bateria trakcyjna Bateria trakcyjna 15 kwh, podzielona na 3 moduły po 5 kwh, łączone szeregowo, napięcie DC 257 V. Rozlokowanie modułów: 1 w komorze silnika, 1 zamiast zbiornika paliwa, 1 w bagażniku za tylną kanapą.

13 Zastosowane rozwiązania układ ładowania baterii trakcyjnej Ładowanie z sieci 3-fazowej 400 V, moc ładowania 6 kw, czas pełnego ładowania ok. 2.5 godz.; Ładowanie z sieci 1-fazowej 230 V, moc ładowania 3 kw, czas pełnego ładowania ok. 5 godz. Rozlokowanie ładowarek: w przestrzeni na koło zapasowe.

14 Badania w terenie (1) Jazda w aglomeracji miejskiej Sosnowiec, K-ce, Bytom, Chorzów, Dąbrowa Górnicza

15 Badania w terenie (1) Jazda w aglomeracji miejskiej Sosnowiec, K-ce, Bytom, Chorzów, Dąbrowa Górnicza

16 Badania w terenie (1) Jazda w aglomeracji miejskiej Sosnowiec, K-ce, Bytom, Chorzów, Dąbrowa Górnicza Pokonany dystans [km] 128,00 Maksymalna prędkość [km/h] 63,17 Czas przejazdu [min] 272,31 Średnia prędkość [km/h] 28,2 Średnia prędkość w ruchu [km/h] 34,0 Bilans energii w czasie całego cyklu: - energia pobrana z baterii trakcyjnej -13,132 - energia odzyskana przy hamowaniu 4,279 - całkowita energia zużyta w teście -17,411 Zużycie energii na 100 km [kwh] -10,26 Teoretyczny zasięg [km] 146

17 Badania w terenie (2) Jazda mieszana, trasa Tychy Gliwice, prędkość do 70 km/h Pokonany dystans [km] 32 Maksymalna prędkość [km/h] do 70 Czas przejazdu [min] 46,3 Średnia prędkość [km/h] 41,5 Bilans energii w czasie całego cyklu: - energia pobrana z baterii trakcyjnej -3,405 - energia odzyskana przy hamowaniu 0,333 - całkowita energia zużyta w teście -3,738 Zużycie energii na 100 km [kwh] -10,64 Teoretyczny zasięg [km] 141

18 Badania w terenie (3) Jazda mieszana, trasa Gliwice Sosnowiec, prędkość do 90 km/h Pokonany dystans [km] 39 Maksymalna prędkość [km/h] do 90 Czas przejazdu [min] 33,2 Średnia prędkość [km/h] 70,5 Bilans energii w czasie całego cyklu: - energia pobrana z baterii trakcyjnej -5,007 - energia odzyskana przy hamowaniu 0,134 - całkowita energia zużyta w teście -5,141 Zużycie energii na 100 km [kwh] -12,84 Teoretyczny zasięg [km] 116,8

19 Badania w terenie (4) Jazda pozamiejska, DTŚ, prędkość do 50 km/h (skrajny, mało realny przypadek)

20 Badania w terenie (4) Jazda pozamiejska, DTŚ, prędkość do 50 km/h (skrajny, mało realny przypadek) Pokonany dystans [km] 88,9 Maksymalna prędkość [km/h] 65,7 Czas przejazdu [min] 109,5 Średnia prędkość [km/h] 47,8 Średnia prędkość w ruchu [km/h] 50,3 Bilans energii w czasie całego cyklu: - energia pobrana z baterii trakcyjnej -7,655 - energia odzyskana przy hamowaniu 0,726 - całkowita energia zużyta w teście -8,381 Zużycie energii na 100 km [kwh] -8,61 Teoretyczny zasięg [km] 174

21 Wnioski z jazd osobowym pojazdem elektrycznym z napędem e-kit Zastosowany napęd elektryczny (silnik PMSM + falownik) pozwala uzyskać moment na wale silnika 180 Nm, silnik benzynowy Pandy miał tylko 104 Nm. Pomimo pozostawienia fabrycznej, mechanicznej skrzyni biegów, samochodem osobowym e-kit w mieście jeździ się jak samochodem z automatyczną skrzynią biegów. Z uwagi na wysoki moment silnika PMSM i szeroki zakres jego prędkości obrotowych, po mieście można jeździć stale na biegu 2 lub 3. Zmiana biegów odbywa się w sposób tradycyjny, z wykorzystaniem sprzęgła. Zasięg jazdy pojazdem elektrycznym w dużym stopniu zależy od prędkości jazdy. Pojemność baterii trakcyjnej 15 kwh pozwoliła, dzięki bardzo wysokiej sprawności napędu e-kit, uzyskać zasięg jazdy miejskim samochodem osobowym znacznie ponad 100 km, zarówno w warunkach miejskich jak i na trasie. Przedstawione tu wyniki testów uzyskano na oponach zimowych!!! Wykonane w BOSMAL S.A. testy zasięgu zgodne z NDEC wykazały zasięg powyżej 100 km (pomimo iż jest to test dedykowany dla napędów spalinowych). W BOSMAL S.A. przeprowadzono dalsze testy, w tym m.in.: działanie napędu w wysokich temperaturach (komora klimatyczna), zdolność pokonywania wzniesień, testy zakończone były pozytywnie.

22 Wnioski z jazd osobowym pojazdem elektrycznym z napędem e-kit Jazda w aglomeracji miejskiej Sosnowiec, K-ce, Bytom, Chorzów, Dąbrowa Górnicza Zużycie energii na 100 km [kwh] -10,26 Teoretyczny zasięg [km] 146 Energia odzyskana przy hamowaniu 4,279 Jazda mieszana, trasa Tychy Gliwice, prędkość do 70 km/h Zużycie energii na 100 km [kwh] -10,64 Teoretyczny zasięg [km] 141 Energia odzyskana przy hamowaniu 0,333 Jazda mieszana, trasa Gliwice Sosnowiec, prędkość do 90 km/h Zużycie energii na 100 km [kwh] -12,84 Teoretyczny zasięg [km] 116,8 Energia odzyskana przy hamowaniu 0,134

23 Zelektryfikowaliśmy w oparciu o te same rozwiązania dostawczego Fiata Fiorino + e-kit Zasięg jazdy 160 km Prędkość max > 150 km/h Moc max silnika 90 kw Moment max silnika 180 N. m Bateria trakcyjna 20 kwh, Li-ion nanofosfatowa (moduły A123, przeszły testy europejskie EUCAR) Rozmieszczenie baterii trakcyjnej: 4 x 5 kwh, 2 pod podłogą przestrzeni bagażowej (m.in. zamiast zbiornika paliwa), 1 w przestrzeni bagażowej, nad silnikiem PMSM w komorze silnika Pokładowa ładowarka 3-fazowa 400 V, czas pełnego ładowania < 2.5 godz. (moc ładowania 9 kw)

24 dr hab. inż. Jakub Bernatt, prof. KOMEL