Elektromobilność instalacja elektryczna i odbiorniki energii w pojeździe

Transkrypt

1 Elektromobilność instalacja elektryczna i odbiorniki energii w pojeździe

2 Zawartość Wprowadzenie do elektromobilności Dystrybucja i struktura energii w EV Poziomy napięć i odbiorniki Bezpieczeństwo systemu elektroenergetycznego Wymagania dotyczące kabli w pojazdach elektrycznych 2

3 Opis fizyczny i techniczny Sprawność łańcucha przetwarzania energii Zużycie podstawowe i komfortowe energoelektronika System trakcyjny Infrastruktura ładowania Elektronika ładowania Akumulator P el. (t) Falownik E-Silnik Przekładnia osi napędowej P mech. (t) Koło/droga 0,98 > Ƞ >0,85 0,95 > Ƞ >0,75 0,98 > Ƞ >0,75 0,95 > Ƞ >0,60 0,90 > Ƞ >0,80 Magazynowanie energii P el. (t) Falownik E-Silnik Przekładnia osi napędowej P mech. (t) rekuperacja 1. Odbiornik energii w pojazdach elektrycznych 2. Typ silnika (silnik AC/ DC) 2. Wykorzystanie i charakterystyka energoelektroniki 3. Charakterystyka i typ urządzeń magazynowania energii 3

4 Obciążenie Znaczenie odbiorników energii elektrycznej dla działania pojazdu Systemy konsumpcji podstawowej System BUS, systemy kontroli, Systemy bezpieczeństwa Hamulce, sterowanie mocą, światła Urządzenia zapewniające komfort ogrzewanie, wentylacja Zależne od warunków (światło, deszcz, zakręty, zatrzymania...) Do 4kW konieczne konieczne Może zostać wyłączone System napędowy Silnik elektryczny Zależne od stylu jazdy i warunków Redukcja mocy, momentu, prędkości maks. E-samochód kWh/100km ~ ±20% różnicy lub więcej? 4

5 Obciążenie Ładowarka Bateria trakcyjna Odbiornik energii Moc [W] Względem średniej konsumpcji 15kW Sieć pokładowa radio 20 0,1 % Konwerter DC/DC Akum. pokładowy Konw. trakcyjny Silnik elektryczny Obciążenie podstawowe + obciążenie związane z bezp. + obciążenie związane z komfortem Ogrzewanie tylnej szyby Pełne oświetlenie Zapłon (podstawowy) Ogrzewanie akumulatora Wentylacja, klimatyzacja, ogrzewanie Jazda miejska i pozamiejska EV 120 0,8% 130 0,9% 225 1,5% 300 2% % ±15% 5

6 Instalacje elektryczne, przegląd System napędowy Akumulator Konwerter dc/ac Silnik System ładowania Sieć elektryczna Ładowarka Akumulator Obciążenie wewn. auta Oświetlenie Serwomechanizmy Regulatory Sieć WN Typowe napięcie: V Sieć WN Typowe napięcie : 1~230/3~400 V Sieć nn Typowe napięcie : 12 (24) V 6

7 Obciążenie System BUS Regulacja obciążenia Konwertery AC/DC 12Vmonitoring zasilania pokładowego Konwertery DC/DC 12V Regulacja silnika Falownik napędowy itp. Poziom wys. nap. (BMS) System zarządzania akumulatorem Regulacja pojazdu Akumulator pojazdu elektr. 300V<U B <700V Przepływ energii Silnik elektryczny Wewnętrzne akumulatory, ogrzewanie, itp. itp. itp. Radio System oświetlenia Pompy wody chłodzącej Poziom nisk. nap. 12V Kombiinstrumenty Serwomechanizmy Akumulator pokładowy 12V 7

8 Instalacje elektryczne, sieć nn Wewnątrz auta: przewidziano elastyczne przewody (linki wielodrutowe) Izolacja dla 12 V ze względów mechanicznych wykonanie mocniejsze Przekrój dopasowany do prądu (spadek napięcia, temperatura) l l R A A Rezystywność (W mm²/m) Złoto 0,023 Srebro 0,015 Miedź 0,0178 Aluminium 0,026 Cyna 0,114 Standardowa wartość (prąd ciągły w 50 C): 0,75 mm² 5 A 1,0 mm² 7 A 1,5 mm² 10 A e.g. ogólne obciążenie 2,5 mm² 15 A e.g. reflektor 6,0 mm² 30 A e.g. przekaźnik oświetlenia 10 mm² 40 A 16 mm² 50 A 50 mm² 100 A e.g. bateria - masa 70 mm² 125 A e.g. bateria - starter 8

9 Instalacje elektryczne, instalacja kablowa Zabezpieczenie przeciwko uszkodzeniom mechanicznym Przetarcia na krawędziach Ciepło Działania Osłony Uchwyty na kabel, ewentualnie elastyczne rury ochronne z cienkich przewodów Kanały kablowe Ochrona przed obciążeniem wibrującym Podparcie okablowania Zgodność z głównym kierunkiem drgań Kompatybilność elektromagnetyczna Instalacje kablowe Ekranowanie 9

10 Instalacje elektryczne, złącza i bezpieczniki Samochodowe bezpieczniki topikowe Złącza widełkowe do 40 A Złącze śrubowe >40 A Brak/niska ochrona przeciwdotykowa (IP 20) Złącza widełkowe Izolowane złącza? (ochrona antykorozyjna) 10

11 Instalacje elektryczne, środki ostrożności Wyłączenie baterii w przypadku zagrożenia Wyłącznik główny (BSD»Battery Service Disconnect") Rozmieszczenie: bezpośrednio do akumulatora Minimalne wymagania: Łącznik mechaniczny z dwustronną separacją kontaktu»poduszka powietrzna (Air-Bag)«dla obwodu prądowego: pirotechniczne elementy oddzielające 11

12 Instalacje elektryczne, sieć WN Instalacje elektryczne wysokiego napięcia: Wyższe napięcia, aby utrzymać niskie prądy kabli, łączników, itp. Instalacje elektryczne WN muszą być podwójnie izolowane Poziom WN dla hybrydy, pojazdu elektrycznego Drugi poziom napięcia dla rekuperacji o podwyższ. wydajności Dodatkowe urządzenia na poziomie 12V, wpływają na możliwości optymalizacji wersji podst. Podst. Aut. Funkcja start-stop Mikro hybryda Hybryda mild/pełna plug-in Samochód Elektryczny Mobilne gniazdo el. Sprężarka powietrza Zoptymalizowana wersja podst. użyta we wszystkich pojazdach Inne funkcje na drugim poziomie napięcia Ewentualnie drugi poziom napięcia dla innych funkcji Zasilenie auta elektr. z szyny WN źródło: VDE-Studie Elektrofahrzeuge Sieć pokładowa Akumulator energii elektr. opcjon. Poziomy napięcia systemu zas. w przyszłości Poziomy napięcia źródło: O. Sirch, BMW AG, München 2009 Ok. 400 V dla napędów<100kw (600V napięcie blokowania) Ok. 650 do 800V dla napędów>100kw (napięcie blokowania1200v) 12

13 Obciążalność prądowa [A] Komponenty pojazdu elektrycznego Instalacje elektryczne, kable WN Przewody przesyłowe wysokiego napięcia w samochodach elektrycznych Mała przestrzeń montażowa Instalacje elektryczne do 1000V Możliwe prądy do 500A Ochrona częstotliwości przełączania urządzeń energoelektronicznych Instalacja elektryczna Leoni Źródło: Deutsches Kupferinstitut Kabel z ochroną dla E-samochodu i hybrydy Źródło: LEONI Hivocar Temperatura otoczenia [ o C] Symulacja pojemności prądowej 150 kabli LEONI Hivocar Źródło: LEONI 13

14 Instalacje elektryczne, kable WN Testy izolacji kabli Poprzednio klasa temperaturowa C ISO h starzenie w gorącym powietrzu (125 C) Obecnie standard LV 112 test uzwojenia po 3000h starz. w gorącym pow. (150 C) Metody testowania dla 60V do 600V jednordzeniowe kable zgodne z ISO 6722 Test ISO 6722 Przeciążenie term. Starzenie krótkoter. Starzenie długoter. 200 C w 6h 175 C w 240h 150 C w 3000h Powłoka kabli TPU zgodna z LV-112 do napędów, Źródło: BASF Test uzwojenia Po starzeniu w gorącym powietrzu lub wilgotnym gorącym powietrzu Umieszczenie uzwojenia wokół trzpienia o średnicy kabla Test zaliczony jeśli nie występują odkształcenia, pęknięcia 14

15 Instalacje elektryczne, zagrożenia Karta zabezp. e-auta (Stromos) Źródło: German ecars Stan baterii i zachowanie kabli WN Problem w razie wypadku: miejsce podłączenia nożyc i rozrzutnika strażackiego Preferowane warianty prowadzenia kabli Dostępność wyłącznika głównego (BSD»Battery Service Disconnect«) Poduszka powietrzna Napinacze pasów Nadmuchiwacz Reduktor ciśnienia gazu Nagrzewnica zbiornika paliwa Bateria 12V Instalacja WN 15

16 Instalacje elektryczne, redukcja wagi Linia sygnałowa Mały przekrój poprzeczny Wymagania mechaniczne (maksymalne naprężenie) minimalna średnica (typowo 0.35 mm ²) Materiały alternatywna: mosiądz, brąz, CuMg 0.09 mm ² Problemy: Utrudnione prowadzenie przewodów Koszty stopów Wymiary osłon 16

17 Instalacje elektryczne, redukcja wagi Linia mocy Duży przekrój poprzeczny Głównie miedź (wyższa przewodność) Zastępowalna aluminium (mała gęstość) Przewodność miedzi: 60% lepsza gęstość: Al: 2.7 g/cm³ Cu: 8.9 g/cm³ Redukcja masy przy takiej samej pojemności prądowej Problemy: Kontaktowanie / korozja (Al 2 O 3 ) Płynność Giętkość 17

18 Dziękuję za uwagę Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt: michal.ramczykowski@copperalliance.pl 18 Electromobility - vehicle electrical system and loads