1. SILNIKI STOSOWANE W BUDOWIE POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 1. SILNIKI STOSOWANE W BUDOWIE POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH Do budowy pojazdów elektrycznych, stosuje sie obecnie następujące silniki: 1.1 PRĄDU STAŁEGO komutatorowe ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, komutatorowe ze wzbudzeniem magnesami trwałymi. 1.2 PRĄDU ZMIENNEGO TRÓJFAZOWE asynchroniczne klatkowe, synchroniczne z trapezoidalnym kształtem siły elektromotorycznej - znane też jako silniki bezszczotkowe, BLDC, Brushless DC Motor, synchroniczne z sinusoidalnym kształtem siły elektromotorycznej - Permanet Magnet Synchronous Motor, PMSM, synchroniczne reluktancyjne przełączalne. Do napędów pojazdów elektrycznych nadaje się każdy z wymienionych silników, można nimi napędzać zarówno bezpośrednio bez przekładni jak i pośredniego z użyciem różnych przekładni. Dobór silnika będzie decydował o osiągach wykonywanego pojazdu. W napędach pojazdów jednośladowych stosowane są ostatnio silniki bezszczotkowe natomiast silniki prądu stałego można zasilać bezpośrednio z akumulatorów, nie wymagają przetwornicy elektronicznej. Ale jest to jednak rozwiązanie bardzo mało praktyczne i uniemożliwiające późniejsze kształtowanie parametrów napędu. Silniki prądu zmiennego wymagają już przetwornicy energoelektronicznej. W praktyce spotyka się sterowanie mikroprocesorowe przetwornic, bo tylko wtedy jest możliwość dowolnego kształtowania parametrów napędu elektrycznego pojazdu elektrycznego. Rys.1.1. Silnik 800W do wplatania w przednie koło [21] Postęp w technologii produkcji magnesów trwałych (magnesów neodymowych) sprzyja tworzeniu wysokoenergetycznych magnesów i tym samym stwarza nowe możliwości projektantom silników elektrycznych do których należą bezszczotkowe silniki prądu stałego z magnesami trwałymi. (rys.1.1.) Są to nowej generacji materiały magnesy oparte o pierwiastki: NEODYM, ŻELAZO, BOR (Nd-Fe-B), produkowanych już w latach 80 XX wieku, ale jeszcze nie potrafiono z nich właściwie skorzystać. Pierwszymi firmami wykorzystującymi te pierwiastki były firmy z Japonii Sumitomo i USA General Motors. Wystąpił tutaj problem korozji tych magnesów, gdzie rozwiązano to poprzez powlekanie odpowiednimi materiałami antykorozyjnymi lub zastosowano powłoki hermetyczne. Zastosowanie tego typu silników jest coraz bardziej opłacalne i są one coraz częściej wykorzystywane w przemyśle. Malejące ceny elementów elektronicznych i układów przekształtnikowych zasilające te silniki wpływa na coraz to szersze ich stosowanie. Obecnie spotkamy je w urządzeniach wywodzących się z wielu rożnych gałęzi przemysłu. Silniki tego typu są obecnie coraz częściej stosowane w automatyce, robotach, lodówkach, sprzęcie medycznym, sprzęcie komputerowym jako dyski twarde HDD i napędy CD ROM, w obrabiarkach numerycznych, w ogrzewaniu, wentylacji, klimatyzacji oraz oczywiście szeroko rozumianej motoryzacji.

2 Silniki BLDC zyskują popularność również jako napędy pojazdów elektrycznych w rowerach oraz skuterach elektrycznych z wbudowanym w jednym z kół silnikiem z magnesami trwałymi. Napędzają również riksze, wózki inwalidzkie, cichobieżne pojazdy elektryczne poruszające się po centrach handlowych i obiektach przemysłowych, terenach trawiastych, oraz do jazdy po drogach publicznych. [47] Elektryczne skutery są pojazdami wymagającym stosunkowo dużego momentu obrotowego, rozwijanego zazwyczaj w krótkim przedziale czasu przy pokonywaniu przeszkód. Moment obrotowy potrzebny do pokonania przez skuter dużej przeszkody musi być kilkukrotnie większy od momentu wymaganego od napędu przy jeździe ustalonej po twardym, równym podłożu. Duży stosunek momentu do prędkości obrotowej jaki występuje w silnikach BLDC mobilizuje je do zastosowania w napędach skuterów bez przekładni mechanicznej. Kolejnymi zaletami pozwalającymi na zastosowanie tego typu silników w napędzie pojazdu jest mniejsza masa i objętość w stosunku do silników innego typu o podobnych parametrach. Dzięki tej właściwości całkowita waga skutera jest mniejsza, a sam silnik można i przeważnie jest zabudowywany w piaście koła pojazdu. Skutkuje to znacznym uproszczeniem konstrukcji całego napędu. Ważną cechą wymaganą od napędów pojazdów jest możliwość działania z dużą dynamiką. Ten warunek jest spełniony w przypadku napędów z silnikami z magnesami trwałymi dzięki stosunkowo małemu momentowi bezwładności i dużej przeciążalności momentem. Duża przeciążalność momentem jest możliwa, gdyż nie ma wirujących styków elektrycznych i liniowej zależności momentu od prądu obciążenia. Dzięki zastosowaniu komutatora elektronicznego zamiast mechanicznego zużywającego się podczas eksploatacji pojazdu skutera, silniki BLDC z magnesami trwałymi wykazują większą żywotność. Wirnik silnika BLDC nie posiada uzwojenia jak normalne silniki komutatorowe, wytwarza pole magnetyczne wzbudzenia dzięki namagnesowanym naprzemiennie magnesom trwałym. Takie rozwiązanie pozwala na wykluczenie strat w wirniku oraz podniesienie całkowitej sprawności silnika. Straty w uzwojeniu stojana są również mniejsze, ponieważ silniki z magnesami trwałymi wymagają mniejszej liczby zwojów na fazę i rezystancja uzwojenia jest mniejsza. Kolejnymi zaletami silników z magnesami trwałymi są: - szeroki zakres prędkości obrotowej, - sprawna regulacja prędkości obrotowej, - duża niezawodność ruchowa w porównaniu do silników prądu stałego, - większy maksymalny moment obrotowy. Rys.1.2. Wirnik z magnesami trwałymi, neodymowymi. [32] Rys.1.3. Silnik wraz z kołem do zastosowania w skuterach i motorach. [15] Powyższy rysunek pokazuje silnik (ecorner's) z podzespołami i różnymi komponentami. Silnik wraz z piastą (2) znajduje się wewnątrz obręczy (1), elektroniczny hamulec klinowy (3) oraz aktywne zawieszenie (4) i elektroniczne sterowanie (5) zastosowano zamiast konwencjonalny system hydrauliczny. Inżynierowie z firmy Siemens VDO planują zintegrować napęd, układ kierowniczy, amortyzatory i hamulce na koła samochodowe przyszłości. Nowy system, oparty jest na czterech niezależnych silnikach elektrycznych jako piasty pojazdu, zastąpią konwencjonalne zawieszenie, układ kierowniczy, hamulce hydrauliczne i silniki. Dla kierowców oznaczać to będzie niższe rachunki za paliwo, zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności. Siemens VDO proponuje wyeliminowanie dużego silnika i układu przeniesienia napędu co pozwoli stylizować nowe wzory pojazdu. Będzie możliwe zaprojektowanie pojazdu 4-kołowego z systemem obrotowego koła, gdzie można 2

3 parkować samochód na boki za pomocą takiego rozwiązania. Umożliwi kontrolę przyspieszenia poszczególnych kół dla lepszej stabilności w niebezpiecznych sytuacjach. Mniej elementów i eliminacja systemów hydraulicznych będzie owocowała zmniejszeniem zużycia i awarii i uczyni serwis łatwiejszy. Silniki takie zapewniają kontakt między kołami i drogą i dla każdego koła można przenieść możliwość własnego kąta skrętu. Również podczas hamowania silniki działają jako generatory, odzyskując energię i ładując akumulator pojazdu. [15] Silniki bezszczotkowe z magnesami trwałymi w zakresie prędkości od zera do prędkości znamionowej mają większą sprawność od silników bez magnesów. Ale jeżeli chcemy osiągnąć wyższą od znamionowej prędkość obrotową silnika to sprawność silnika z magnesami trwałymi maleje. Przy prędkościach większych od znamionowej czyli w II strefie regulacji musi być pobierany dodatkowy prąd z akumulatora, który będzie wytwarzał strumień magnetyczny osłabiający strumień pochodzący od magnesów trwałych. Prawidłowo dobrany silnik elektryczny do napędu pojazdu elektrycznego powinien mieć możliwość pracy w dwóch strefach regulacji: poniżej prędkości znamionowej (strefa I) oraz powyżej prędkości znamionowej (strefa II). Zapewnić ma to dopasowanie silnika do charakterystyki momentu oporowego odpowiadającej pojazdowi elektrycznemu. Obszar ograniczający położenie punktu pracy silnika oraz wyjaśniający co to są strefy regulacji, przedstawia charakterystyka na rysunku 1.4. Rys.1.4. Obszar ograniczający położenie punktu pracy silnika elektrycznego. Aktualny punkt pracy silnika wynika z zadanej prędkości pojazdu oraz z aktualnego momentu oporowego, oporu jaki napotyka pojazd. Przy prędkości mniejszej od znamionowej punkt pracy silnika elektrycznego na charakterystyce mechanicznej ograniczony jest maksymalnym momentem silnika - tzw. obszar pracy ze stałym momentem. Przy prędkości wyższej od znamionowej punkt pracy silnika ograniczony jest maksymalną mocą silnika i na charakterystyce mechanicznej ograniczony jest krzywą opisaną wzorem: (1.1) gdzie: - prędkość silnika przy stałej mocy Rozpatrując dopuszczalny obszar pracy sinika trzeba uwzględnić to, że ten obszar pracy może się zmieniać z uwagi na to, że silnik elektryczny można na pewien czas przeciążyć. W danych katalogowych silników podaje się wartość przeciążalności silnika i określa sie czas na jak długo można silnik elektryczny przeciążyć. Przechodzenie w II strefę regulacji komplikuje układ sterowania ale jeśli zrezygnujemy z zakresu dużych prędkości obrotowych to silnik zastosowany w pojeździe będzie przewymiarowany tj. za duży i co za tym idzie za ciężki. Dobrym rozwiązaniem staje się klasyczny silnik asynchroniczny, ma on sprawność około 80%, a nawet dochodzą do około 90% tzw. silniki wysokosprawne (silniki o podwyższonej sprawności) produkowane np. przez Induktę. Rozważając tak sprawność widać, że silniki z magnesami trwałymi nie są wcale tak atrakcyjne jeśli dodatkowo uwzględni się ich wysoką cenę, w porównaniu z silnikami asynchronicznymi klatkowymi. Zasilanie silnika zawsze możemy dopasować do baterii akumulatorów. 3

4 Rys.1.5. Zmiana obszaru stref regulacji przy przeciążeniu silnika asynchronicznego. Rys.1.6. Zmiana obszaru stref regulacji przy przeciążeniu silnika synchronicznego. Najłatwiej jednak jest zastosować napięcie akumulatorów 300V i standardowy silnik klatkowy 380/220 połączony w trójkąt. Jest wtedy możliwość wykorzystania standardowego falownika z tranzystorami IGBT do zasilania silnika asynchronicznego. Większą sprawność maja przekształtniki do napędu silnika prądu stałego gdzie łączony jest tylko jeden tranzystor w szereg z uzwojeniem silnika, natomiast w napędzie prądu zmiennego są zawsze dwa tranzystory włączone w szereg z uzwojeniem silnika. W praktyce jednak oba przekształtniki mają dużą sprawność sięgającą do 90% i bardziej znaczące są w tym przypadku są sprawności silników. Wybór jednak jest zdecydowanie po stronie silników bezszczotkowych. Maszyna bezszczotkowa, gdzie w zestawieniu wymienić można wiele zalet: brak komutatora mechanicznego, który jest kłopotliwy w eksploatacji w silnikach prądu stałego i zużywające się szczotki, małej bezwładności wirnika bo znajdują się tam magnesy trwałe, doskonałe parametry dynamiczne wynikające z małej indukcyjności uzwojeń fazowych, proporcjonalna zależność momentu elektromagnetycznego do prądu, wysoka sprawność silnika dzięki zastosowaniu magnesów trwałych jako wzbudzenie silnika, zmniejszenie średnicy wirnika, zmniejszenie wymiarów jak i całkowitej masy silnika, Jeżeli są zalety takiego silnika to i oczywiście maszyny te mają też wady, najważniejsze z nich to: duża wrażliwość właściwości magnetycznych na przekroczenie dopuszczalnych temperatur, klejone magnesy do wirnika narażone są na duże siły odśrodkowe rozklejające magnesy, brak odporności na czynniki mechaniczne, silnik montowany jest w kole więc narażony jest na drgania, przeciążenia oraz dziury w jezdni, itp., kruchość magnesów które z upływam lat wykruszają się na krawędziach podczas eksploatacji ruchu obrotowego, wysoki koszt produkcji, coraz bardziej malejące. Wybrany do napędu skutera elektrycznego, silnik prądu stałego BLDC, zasilany jest siłą elektromotoryczną o kształcie przebiegu trapezoidalnego. Właściwości takiego układu zasilania charakteryzują się następującymi własnościami: komutator mechaniczny zastąpiony jest przez komutator elektroniczny, prądy zasilające są prądami stałymi układu przekształtnik-silnik, prędkość kątowa silnika jest proporcjonalna do wartości napięcia zasilającego, czujniki położenia wału i odpowiedni układ sterujący komutacją prądu, powodują samo synchronizację układu, kąt między wektorem strumienia wzbudzenia a wektorem prądu jest w przybliżeniu stały. 4

5 Z tych zależności wynika, że silnik taki składać się będzie z dwóch podzespołów: 1. Przekształtnika z modulacją szerokości impulsów, 2. Silnika synchronicznego o magnesach trwałych i trapezowym przebiegu siły elektromotorycznej. Schemat takiego układu przedstawia poniższy rysunek 1.7. Rys.1.7. Schemat sterowania silnikiem bezszczotkowym. Przebiegi sił elektromotorycznych, w poszczególnych fazach o przebiegu trapezowym przedstawia rys.1.8. Rys.1.8. Przebiegi sił elektromotorycznych o przebiegu trapezowym. Rys.1.9. Pożądane przebiegi sił elektromotorycznych, prądów fazowych, mocy chwilowej i momentu elektrycznego. Ze względu na bardzo niewielką indukcyjność uzwojeń prądy bardzo szybko zanikają. Prąd szybko zanika, a przenikalność magnetyczna z powodu bardzo dużej szczeliny pomiędzy stojanem, a wirnikiem jest w przybliżeniu równa 1 ( Prądy w kolejnych fazach włączane są w sektorach gdzie siła elektromotoryczna E = const. Prąd wpływa do jednej fazy przez 120 o el, a wypływa przez kolejne 60 o el przez dwie pozostałe. Napięcie przewodowe włączane jest 5

6 kolejno co 60 o el pomiędzy dwie fazy silnika w celu wymuszenia odpowiedniego prądu. Średnia wartość napięcia impulsowego między fazami określana jest szerokością impulsu. 2. OBLICZANIE ZASIĘGU SKUTERA ELEKTRYCZNEGO Aby obliczyć zasięg pojazdu elektrycznego musimy uwzględnić wiele czynników i nie do końca możemy to zrobić jednoznacznie. Możemy jednak wykonać obliczenia, maksymalnego zasięgu pojazdu w przyjętych założeniach i warunkach. Jednym z ważnych parametrów jest opór aerodynamiczny pojazdu. Jest to bezwymiarowy współczynnik, zależny od kształtu, kątowej orientacji poruszającego się ciała, liczby Reynoldsa. Dla kuli Cx wynosi około 0,45 a dla samochodów osobowych około 0,30. Rysunki obrazujące procentowy współczynnik siły oporu przedstawione zostały na poniższych rysunkach. [23] Lp. Kształt i opływ Opór kształtu 1 0% 2 ~10% 3 ~45% 4 100% Rys.2.1. procentowy współczynnik siły oporu aerodynamicznego.[23] Przykładowe wartości współczynnika Cx dla poszczególnych rodzajów pojazdów pokazuje tabela 2.1. Tabela 2.1. Wartości współczynnika oporu aerodynamicznego Cx dla pojazdów: Lp. Rodzaj nadwozia Średnia wartość oporu aerodynamicznego - Cx 1. Cabrio 0,5-0,7 2. Combi 0,5-0,6 3. Sedan 0,4-0,55 4. Coupe 0,3-0,4 5. Ciężarowe 0,8-1,5 6. Autobusy 0,6-0,7 7. Motocykle 0,6-0, ZAŁOŻENIA a) ciągła prędkość jazdy - pojazd porusza się cały czas z tą samą stałą prędkością, nie przyspiesza i nie hamuje, początkowe rozpędzenie pojazdu pominięto, Prędkość taką przewidują przepisy ruchu drogowego aby prowadzić pojazd bez prawa jazdy dla osoby dorosłej, powyżej tej prędkości potrzebne jest prawo jazdy kategorii A1. (2.1) b) masa pojazdu łącznie z akumulatorami, 6

7 Masa akumulatora według producenta wynosi ok.30kg, przy większej ilości dla zwiększenia napięcia wynosi odpowiednio więcej, dlatego uwzględniłem średni ciężar 4 akumulatorów oraz pojazdu. Producenci skuterów również podają podobny ciężar. [30, 33, 44, 46]. c) masa pasażera z bagażem, d) wysokość pojazdu, e) szerokość pojazdu, f) współczynnik oporu aerodynamicznego, g) sprawność przekładni, silnik napędza koła bezpośrednio, więc jest sam dla siebie przekładnią główną. Dlatego sprawność jego jest bardzo wysoka, (2.2) h) współczynnik tarcia drogi przy prędkości 0 km/h przyjęto: pośrednia wartość między gładkim asfaltem a gładkim betonem, zakładając że ciśnienie w ogumieniu jest takie jak zaleca producent pojazdu, i) gęstość powietrza - w temperaturze 20 C powietrze suche ma gęstość: (2.3) Gęstość powietrza maleje wraz ze spadkiem ciśnienia (2.4) j) sprawność silnika bezszczotkowego sprawność dochodzi nawet do 85%, w obliczeniach przyjmuję: k) napięcie znamionowe baterii akumulatorów, aby pokonać jak największą odległość pojazdem i podnieść sprawność i osiągi jazdy należy zastosować duże napięcie. Jednak względy bezpieczeństwa przemawiają za zastosowaniem napięcia bezpiecznego. Również względy kosztów eksploatacji zostały uwzględnione, ponieważ cena akumulatora jest dosyć pokaźna, bateria o pojemności 100 Ah i napięciu 24 V kosztuje ok. 690 zł [30, 33, 44, 46]. Przyjąłem napięcie znamionowe na poziomie 24 V i 48 V l) pojemność baterii akumulatorów została dobrana na zasadzie im większa tym dłuższy jest czas eksploatacji i niestety rośnie koszt zakupu co zwiększa koszt samego skutera (2.5) (2.6) lub Q ak =100 Ah (2.7) Większość producentów wyposaża skutery w akumulatory o pojemnościach 40 60Ah co zmniejsza dystans pokonywanych odległości i zmniejsza cenę ostateczną skutera. m) temperatura powietrza 20 o C, n) pojazd porusza się po drodze, 1. płaskiej gdzie kąt nachylenia drogi = 0 o, 2. nachylenie wynosi = 10 o. Siła oporów drogi jest zależna od ciężaru pojazdu i współczynnika oporu drogi. Na drogach w zależności od ich rodzaju określone są dopuszczalne maksymalne wzniesienia: - na drogach lokalnych h w = 10%, - drogi państwowe h w = 5%, - autostrady h w = 4%. 7

8 Wysokie wzniesienia dopuszczalne są na drogach lokalnych górskich, wzniesienia te zostały pominięte ponieważ nie przewiduje się eksploatacji pojazdu w terenie górzystym. o) nie ma wiatru, p) pominięto straty energii w przekształtniku zasilającym silnik - straty te są pomijalnie małe przy dobrej jakości przekształtniku w porównaniu ze stratami w silniku, r) charakterystyka mechaniczna silnika jest taka, że przy zasilaniu napięciem U ak ma prędkość obrotową odpowiadającą prędkości pojazdu V. 2.2 OBLICZENIE OPORÓW RUCHU Opór toczenia Siła oporu toczenia: (2.8) gdzie: - przyspieszenie ziemskie, - współczynnik dodatkowego oporu toczenia dla gładkiej powierzchni asfaltowej. - masa pojazdu łącznie z akumulatorami, - masa pasażera z bagażem, - ciągła prędkość jazdy - współczynnik tarcia drogi przy prędkości 0 km/h W sytuacji jazdy pod górę siła oporu wzniesienia F w przyjmuje postać: Rys Siły działające podczas jazdy pod górę. ciężar pojazdu G masa pojazdu (2.9) (2.10) oporu wzniesienia F w (2.11) gdzie: = 10 o - przyspieszenie ziemskie, - masa pojazdu łącznie z akumulatorami, - masa pasażera z bagażem, - nachylenie drogi pod górę (kąt wzniesienia) Zatem opór drogi F d jest sumą oporu toczenia i oporu wzniesienia i wynosi: (2.12) 8

9 2.2.2 Opór powietrza a) Współczynnik powierzchni czołowej skutera: gdzie: - wysokość pojazdu, - szerokość pojazdu. (2.13) b) Siła oporu powietrza: [51] (2.14) gdzie: - gęstość powietrza, - współczynnik oporu aerodynamicznego dla skutera, obliczony współczynnik powierzchni czołowej skutera, - ciągła prędkość jazdy. c) Moc na kołach potrzebna do poruszania pojazdu: dla = 0 o gdzie: (2.15) - obliczona siła oporu toczenia, - obliczona siła oporu powietrza, - ciągła prędkość jazdy. Przy uwzględnieniu jazdy pod górę dla = 10 o moc ta wynosi: (2.16) d) Moc potrzebna na poruszanie pojazdu przeliczona na wał silnika: gdzie: obliczona moc na kołach potrzebna do poruszania pojazdu, - sprawność przekładni (silnik napędza koła bezpośrednio bez przekładni). (9.17) Przy uwzględnieniu jazdy pod górę dla = 10 o moc ta wynosi: (2.18) Silnik musi wytworzyć moc na wale Ps=1103,35 W aby poruszać ten pojazd z prędkością 50 km/godz., natomiast przy wjeździe na wzniesienie = 10 o moc ta wynosi Ps=7166,84 W. e) Moc pobierana przez silnik z akumulatorów: dla = 0 o gdzie: - obliczona moc potrzebna na poruszanie pojazdu przeliczona na wał silnika, - sprawność silnika (silnik bezszczotkowy). (2.19) 9

10 Uwzględniając jazdę pod górę dla = 10 o moc pobierana wynosi: (2.20) f) Pobór prądu z akumulatorów: Dla napięć założonych 24 V i 48 V obliczam prądy jakie są pobierane z akumulatorów przy zastosowaniu max mocy silników potrzebnych do napędu skutera i jego prędkości maksymalnie 50 km/h (2.21) gdzie: - moc pobierana przez silnik z akumulatorów, oraz - napięcie znamionowe baterii bateria akumulatorów. (2.22) Przy podjeżdżaniu pod górę dla = 10 o : (2.23) (2.24) Prąd tak duży jest tylko w ciągu krótkiego czasu jazdy pod górę, dlatego nie należy go do końca uwzględniać przy końcowej eksploatacji pojazdu. Pojemność akumulatorów nie pozwoliłaby na długą jazdę przy takim prądzie, a wręcz byłby ten prąd niebezpieczny dla eksploatacji baterii. Doprowadziłby do szybkiego zniszczenia akumulatorów. g) Założenia dotyczące doboru akumulatorów Przyjąłem, że zastosowane zostaną akumulatory żelowe o pojemności 100 Ah lub 200 Ah. Napięcie znamionowe akumulatora wynosi 12 V, zatem chcąc uzyskać wyższe napięcia należy zastosować krotność ilości akumulatorów co wiąże się z wyższymi kosztami zakupu oraz zwiększony ciężar skutera. Przykładowe zestawienie akumulatorów produkcji Haze Battery Co przedstawiane są w tabeli 2.1. Tabela 2.1. Waga i ceny akumulatorów żelowych o założonych pojemnościach Napięcie zasilania Ilość akumulatorów Pojemność Q ak Waga akumulatorów 24 V 2x12 V 200 Ah; 2x62 kg = 124 kg ok.1500 zł 24 V 2x12 V 100 Ah; 2x32 kg = 64 kg ok. 700 zł 48 V 4x12 V 200 Ah; 4x62 kg = 248 kg ok zł 48 V 4x12 V 100 Ah; 4x32 kg = 128 kg ok. 700 zł h) Czas jazdy skutera elektrycznego: Cena za 1 sztukę Przepisy ruchu drogowego dopuszczają maksymalną prędkość poruszania się po drogach publicznych dla skuterów 50 km/h, dlatego też w założeniach wybrałem taka prędkość za maksymalną. Przy jeździe poziomej = 0 o : - obliczono dla napięcia 24 V i pojemności 200 Ah (2.25) - obliczono dla napięcia 24 V i pojemności 100 Ah (2.26) - obliczono dla napięcia 48 V i pojemności 200 Ah (2.27) 10

11 - obliczono dla napięcia 48 V i pojemności 100 Ah (2.28) Przy podjeździe na wzniesienie = 10 o czas jazdy nie jest ciągły, podjazd pod górę trwa krótko: - obliczono dla napięcia 24 V i pojemności 200 Ah (2.29) - obliczono dla napięcia 24 V i pojemności 100 Ah (2.30) - obliczono dla napięcia 48 V i pojemności 200 Ah (2.31) - obliczono dla napięcia 48 V i pojemności 100 Ah (2.32) gdzie: lub Q Ak =100 Ah założona pojemność baterii akumulatorów (przy temperaturze 20 o C) - obliczony pobór prądu z akumulatorów Wyniki zestawiono i porównano w tabeli 2.2. Tabela 2.2. Zestawienie czasu jazdy skutera w zależności od pojemności i napięcia zastosowanych baterii Lp. Pojemność Qak [Ah] Napięcie znamionowe [V] Czas jazdy V t0 dla = 0 o [h] Czas jazdy V t10 dla = 10 o [h] ,33 0, ,66 1, ,67 0, ,33 0,53 Zasięg jazdy S i pojazdu elektrycznego skutera: Uwzględniony został maksymalny czas jazdy V t = 50 km/h skutera elektrycznego dla wcześniejszych założeń: dla napięcia 24 V i pojemności 200 Ah, dla napięcia 24 V i pojemności 100 Ah, dla napięcia 48 V i pojemności 200 Ah, dla napięcia 48 V i pojemności 100 Ah, przy prędkości max 50 km/h: - dla U ak = 24 V i Q ak = 200 Ah (2.33) - dla U ak = 24 V i Q ak = 100 Ah (2.34) - dla U ak = 48 V i Q ak = 200 Ah (2.35) gdzie: - ciągła prędkość jazdy w ciągu godziny, - obliczony czas jazdy skutera elektrycznego przy prędkości 50 km/h ( ) - dla U ak = 48 V i Q ak = 100 Ah (2.36) Obliczony zasięg jazdy skutera elektrycznego o parametrach wymienionych w założeniach wynosi w zależności od pojemności akumulatora od 83,5 do 333 km. Nie obliczałem zasięgu pojazdu przy jeździe na założonym wzniesieniu = 10 o, ponieważ skuter nie będzie użytkowany w taki sposób, tylko na powierzchni poziomej. 11

12 Jazda pod górę będzie tylko w sytuacjach wyjątkowych i przez krótki okres. Oczywiście w warunkach rzeczywistych zasięg jazdy pojazdu będzie inny z reguły mniejszy od obliczeniowego. Wyniki zestawiono i porównano w tabeli 9.3. Tabela 9.3. Zestawienie wyników obliczonego zasięgu skutera w zależności od pojemności i napięcia zastosowanych baterii Lp. Pojemność Q ak [Ah] Napięcie [V] Czas jazdy Vt [h] Zasięg jazdy S [km] ,33 166, , ,67 83, , Zapotrzebowanie na energię takiego pojazdy wynosi więc: - dla U ak = 24 V i Q ak = 200 Ah (2.37) - dla U ak = 24 V i Q ak = 100 Ah (2.38) - dla U ak = 48 V i Q ak = 200 Ah (2.39) gdzie: - dla U ak = 48 V i Q ak = 100 Ah (2.40) - moc pobierana przez silnik z akumulatorów (2.19), - obliczony czas jazdy skutera elektrycznego przy prędkości 50km/h ( ), obliczony zasięg jazdy pojazdu elektrycznego skutera ( ). 2.3 UWAGI I WNIOSKI Rzeczywisty zasięg jazdy pojazdu elektrycznego w podanych warunkach będzie jednak w rzeczywistości mniejszy co wynika z tego, że rzeczywista pojemność akumulatorów będzie mniejsza a pobór prądu większy niż obliczony. Wynika to z tego, że dla akumulatorów pojemność akumulatorów podawana jest dla rozładowania prądem 20 lub 5 godzinnym. Przy szybszym rozładowaniu pojemność akumulatorów jest mniejsza niż podana w założeniach. Pobór prądu będzie większy niż obliczony, gdyż przy obciążeniu akumulatorów napięcie na nich jest mniejsze od znamionowego i aby silnik mógł wytworzyć pożądaną moc na wale przy niższym napięciu zasilania musi pobrać więcej prądu. Trzeba pamiętać też o tym, że nie zna się najczęściej sprawności silnika, gdyż ta która podawana jest na tabliczce znamionowej silnika jest największą sprawnością, która jest tylko przy obciążeniu znamionowym silnika. Przy mniejszym obciążeniu silnika sprawność silnika jest mniejsza co należałoby uwzględnić w obliczeniach. Jak można zauważyć duży wpływ na zasięg ma współczynnik tarcia zależny od jakości drogi ale też od kół pojazdu. Zwiększenie ciśnienia w ogumieniu i zastosowanie węższych opon zmniejszy ten współczynnik a tym samym wydłuży zasięg pojazdu. Zmniejszenie masy pojazdu pomoże w wydłużeniu zasięgu jazdy oraz zmniejszenie współczynnika Cx jednak zarówno masę jak i Cx można praktycznie zmienić tylko na etapie projektowania pojazdu. 2.4 KOSZT JAZDY SKUTEREM ELEKTRYCZNYM Biorąc pod uwagę pojazd o parametrach podanych powyżej można dokonać przybliżonych obliczeń kosztu eksploatacji pojazdu elektrycznego w przeliczeniu na 100 km. 12

13 2.4.1 Założenia do kosztów eksploatacji jazdy skutera - cena energii elektrycznej ok. 0,55 zł/kwh, - cena energii elektrycznej w taryfie nocnej ok. 0,32 zł/kwh, - jako zasilanie zastosowano akumulatory żelowe o pojemnościach odpowiednio 100 Ah oraz 200 Ah i napięciu 12 V. Dla uzyskania napięcia 48 V potrzebne będą 4 akumulatory na napięcie 12 V Obliczenia Ładowanie akumulatorów żelowych w pełni rozładowanych przez większość czasu ładowane są prądem 10-cio godzinnym, a trwa od 12 do 14 godzin, Prąd ładowania wynosi: dla akumulatora 200 Ah dla akumulatora 100 Ah gdzie: oraz Q Ak =100 Ah pojemność baterii akumulatorów. (2.41) (2.42) Akumulator ma jednak sprawność mniejszą od 100% dlatego więcej energii należy dostarczyć do akumulatora przy ładowaniu niż można z niego uzyskać przy wyładowywaniu. Z tego wynika że proces całkowitego naładowania akumulatora kwasowego trwa dłużej niż 10 godzin. Zakładamy, że napięcie ładowania baterii akumulatorów o napięciu znamionowym 48 V wynosi więcej bo ok. 50 V, a dla 24 V wynosi ok. 30 V co daje moc przekazywaną przy ładowaniu tych akumulatorów odpowiednio: 1. dla akumulatora 200Ah i U N = 48V 2. dla akumulatora 100 Ah i U N = 48 V 3. dla akumulatora 200 Ah i U N = 24 V 4. dla akumulatora 100 Ah i U N = 24 V (2.42) (2.43) (2.44) (2.45) Dla akumulatorów 4x12 V wyliczono moc przy ładowaniu 1000 W (9.42) a dla 2x12 V 600 W (2.44). Rozpatrzono górną granicę. Moc ta dostarczana jest do akumulatorów przez ładowarkę. Jeśli zastosujemy ładowarkę impulsową to sprawność takiego urządzenia jest ok. 90% zatem moc pobrana z sieci elektrycznej będzie wynosiła około 1100 W i odpowiednio 660 W. Taka moc będzie pobierana przez ładowarkę tylko przez jakiś czas, później prąd ładowania spada. Zakładając uproszczenia do obliczeń można przyjąć, że pełna moc pobierana jest przy ładowaniu akumulatorów z sieci elektrycznej przez 8 godzin, Dla maksymalnej pojemności Q Ak =200 Ah i napięcia U ak =48 V Dla maksymalnej pojemności Q Ak =200 Ah i napięcia U ak =24 V (2.46) (2.47) 13

14 co da zużycie energii elektrycznej 8 kwh i 4,8 kwh Do dalszych obliczeń przyjęto: Dla taryfy dziennej: a) ceny energii za 1 kwh - 0,55 zł w taryfie dziennej, b) ceny energii za 1 kwh - 0,32 zł w taryfie nocnej. Dla maksymalnej pojemności Q Ak =200 Ah i napięcia U ak =48 V (2.48) Dla maksymalnej pojemności Q Ak =200 Ah i napięcia U ak =24 V (2.49) W zależności od ilości akumulatorów, a co za tym idzie pojemności jaką użyjemy do zasilania skutera i ceny, ilość zużytej energii elektrycznej będzie kształtowała się od 2,64 zł do 4,40 zł. Obliczając koszt przejechania 100 km dla 4 akumulatorów o napięciu 12 V (48 V) gdzie koszt zużycia energii elektrycznej wynosi 4,40 zł (2.48) - koszt przy jednym cyklu ładowania akumulatorów i przebytej drogi zasięgu jazdy S 3 i S 4 obliczonej (2.35, 2.36), wynosi odpowiednio: - dla U ak = 48 V i Q ak = 200 Ah - dla U ak = 48 V i Q ak = 100 Ah (2.50) (9.51) na dwóch akumulatorach 2x12 V=24 V gdzie koszt zużycia energii elektrycznej wynosi 2,64 zł (2.49) przy jednym cyklu ładowania akumulatorów, dla przebytej drogi S 1 i S 2 (2.33, 2.34) koszt wynosi: - dla U ak = 24 V i Q ak = 200 Ah - dla U ak = 24 V i Q ak = 100 Ah (2.52) (2.53) Można również założyć i zakładam, że przy jeździe w dzień, akumulatory będziemy ładować w taryfie nocnej, warunkiem jest posiadanie licznika dwutaryfowego, przy którym cena jednostkowa energii wynosi w zależności od regionu 0,32 zł. Dla taryfy nocnej: (2.54) (2.55) dla zużytej 8 kwh energii i ceny w taryfie nocnej 0,32 zł za 1 kwh obliczam koszt przejechania skuterem 100 km dla akumulatorów Q ak = 200 Ah i Q ak = 100 Ah i napięcia U= 48 V: (2.56) (2.57) 14

15 dla zużytej 4,8 kwh energii i ceny w taryfie nocnej 0,32 zł za 1 kwh obliczam koszt przejechania skuterem 100 km dla akumulatorów Q ak = 200 Ah i Q ak = 100 Ah i napięcia U= 24 V: (2.58) Wyniki obliczeń zestawiono dla porównania w tabeli 2.4. Tabela 2.4. Koszt przejechania 100km przy ładowaniu akumulatorów w taryfie dziennej i nocnej. (2.59) Lp. Ładowanie akumulatora wg zakładu energetycznego Vattenfall Koszt przejechania 100 km w zł pojemność Q Ak =200 Ah pojemność Q Ak =100 Ah 1. dla 48 V 1,32 2,64 taryfy 2. dziennej 24 V 1,58 3,16 3. dla 48 V 0,77 1,54 taryfy 4. nocnej 24 V 0,92 1, Koszt jazdy uwzględniający zużycie akumulatorów. Koszt jazdy w przeliczeniu na 100 km jeśli uwzględnimy zużycie akumulatorów przedstawia się następująco: 1. Akumulatory utrzymują swoją pojemność przez maksimum 1500 do minimum 500 cykli pracy (załącznik C), 2. Cena jednego średniej jakości akumulatora żelowego o pojemności 100 Ah i napięciu 12 V wynosi ok. 680 zł, a 200 Ah 1300 zł, 3. Orientacyjny koszt zakupu akumulatorów w roku 2010 [30, 33, 46] (załącznik C), 100 Ah, 24 V 1360 zł, 200 Ah, 24 V 2600 zł, 100 Ah, 48 V 2720 zł, 200 Ah, 48 V 5200 zł. 4. Takich akumulatorów o napięciu 12 V musi być 2 aby uzyskać napięcie 24 V, lub 4 dla napięcia 48 V. 5. Akumulatory można wielokrotnie ładować, zatem przyjmuje minimum 500 cykli ładowania i rozładowania. Ilość kilometrów jaką można przejechać skuterem zestawiono w tabeli 2.5. Tabela 2.5. Zestawienie zasięgu skutera przy 500 cyklach ładowania akumulatora. Lp. Q ak [Ah] U ak [V] Zasięg jazdy S na 1 cyklu ładowania [km] Przebieg przy 500 cyklach ładowania [km] , , , , , , ,00 6. Na jednym cyklu pracy akumulatorów skuter elektryczny powinien przejechać jak wcześniej obliczono ( ) od 83,5 km do 333 km, więc przez 500 cykli pracy powinien przejechać od km do km. 15

16 Obliczając koszt amortyzacji akumulatorów na 100 km: (2.60) Tabela 2.6. Cena przejazdu 100km uwzględniając amortyzację akumulatorów. Lp. Pojemność Napięcie Cena za 2 szt Przebieg przy 500 cyklach ładowania/rozładowania Cena amortyzacji na 100 km Ah 24 V 2600 zł km 3,20 zł Ah 24 V 1360 zł km 3,07 zł Lp. Pojemność Napięcie Cena za 4 szt Przebieg przy 500 cyklach ładowania/rozładowania Cena amortyzacji na 100 km Ah 48 V 5200 zł km 3,20 zł Ah 48 V 2750 zł km 3,03 zł 7. Uwzględniając koszt zużycia energii elektrycznej w nocnej taryfie, przy ładowaniu akumulatorów oraz koszt amortyzacji akumulatorów to otrzyma się koszt przejechania 100km przy założonej prędkości 50 km/h, przedstawiony jest w tabeli 2.7. Tabela 2.7. Zestawienie przejechania 100 km przy założeniu ładowania akumulatora w taryfie nocnej i uwzględniający koszty amortyzacji akumulatora ( ). Lp. Pojemność Napięcie Koszt amortyzacji baterii Koszt zużycia energii dla ładowania baterii Cena przejechania 100km przy prędkości 50km/h Ah 24 V 3,20 zł 1,84 zł 5,89 zł Ah 24 V 3,07 zł 0,92 zł 2,82 zł Ah 48 V 3,20 zł 1,54 zł 4,93 zł Ah 48 V 3,03 zł 0,77 zł 2,33 zł 8. Zakładając, że cena benzyny wynosi z dnia ORLEN Katowice Francuska 4.54 zł [38] to odpowiada to użytkowaniu skutera spalinowego o zużyciu paliwa od 2,5 do 3 l na 100 km: kosztem od 11,35 zł do 13,62 zł [43] 9. Przy skuterze spalinowym dochodzą jeszcze przynajmniej koszty oleju silnikowego, który należy dodawać do paliwa wg zaleceń producenta. Uwzględniając wszystkie te założenia i obliczenia stanowi to znaczącą konkurencję skutera elektrycznego w stosunku do skutera spalinowego. Uzasadnienie i wnioski przedstawię w podsumowaniu projektu 2.5 Koszt projektowanego skutera Zaprojektowany skuter elektryczny, zakładając najniższe ceny podzespołów, będzie kosztował: 1. Rama pojazdu można skorzystać ze starych modeli skutera spalinowego, przerabiając go tak aby zamontować w nim pojemniki na baterie akumulatory i dostosować pozostałe podzespoły (sterownik, ładowarkę), 2. Akumulatory o napięciu U = 12 V i pojemności Q = 100 Ah Cena 675 zł za 1 szt 3. Silnik firmy Hub Motor o mocy 800 W i napięciu 48 V Cena 468,13 zł 16

17 4. Sterownik silnika o mocy 800W i napięciu 48V Cena 99,99 zł 5. Ładowarka impulsowa do akumulatorów żelowych, trakcyjnych, AM, ołowiowych otwartych (z kompensacją temperatury) model PB V / 40 A Cena 670 zł 6. Inne akcesoria: Amperomierz - cena 70 zł Woltomierz - cena 70 zł Prędkościomierz /licznik - cena 50 zł Razem sumując uzyskujemy cenę: 4128,12 złotych Można ten koszt jeszcze zmniejszyć stosując odpowiednio założenia, jak proponują producenci, np. akumulator o pojemności 40 Ah 60 Ah zamiast 100 Ah 200 Ah, gdzie cena wynosi odpowiednio mniej bo około 320 zł. (załącznik C.1.) [44] Czyli o połowę mniej niż założono w pracy. Będzie to miało znaczenie na odległości jazdy skuterem, ale również będą przyzwoite osiągi. 2.6 Analiza porównawcza skutera elektrycznego do spalinowego: Uwzględniam tutaj amortyzację skutera i przebieg przy jednym zestawie akumulatorów dla minimum (jak podają producenci) 500 cyklach ładowania. Skuter elektryczny: 1. Amortyzację całkowitą przejechania dystansu 100 km 3,03 zł dla akumulatora 100 Ah 2. Przebieg przy 500 cyklach ładowania/rozładowania akumulatorów km Skuter spalinowy: aby przejechać km przy średnim spalaniu 2,6 l na 100 km musi zużyć paliwa PB95: Różnica w cenie i oszczędności wynikające z posiadania skutera elektrycznego są następujące: Ceny skutera projektowanego nie odliczam ponieważ na zakup jednego czy drugiego skutera musimy i tak zapłacić. Przeprowadzając analizę poszczególnych parametrów skutera dochodzimy do wniosku, że można w tani sposób uzyskać ciekawy pojazd którego eksploatacja nie będzie wcale droga i na większą skalę bardzo opłacalna. 1. Optymalnym wyborem za produkcją skutera elektrycznego jest wykorzystanie go przy krótkich dystansach pokonywanych codziennie np. do pracy, szkoły, małe zakupy, itp., 2. Pokonywanie krótkich odległości i używanie do tego celu samochodu jest ekonomicznie nieopłacalne, 3. Na jednym ładowaniu przejedziemy ponad 100 km, więc jeździmy 8 dni, 4. Mieszkając w zatłoczonym mieście również mamy możliwość szybkiego przemieszczania się podczas podróży po cichu i bez stania w korku, 5. Możemy wykorzystać pojazd do naszych zainteresowań: wyjazdów na ryby, grzyby, wycieczki krajoznawcze przejeżdżając bezszelestnie i bez nadmiernego hałasu, 6. Obecne ceny benzyny wynoszące ok. 4,54 złotych i analizując dane skuterów spalinowych, zauważamy, że taki skuter zużywa średnio od 2,5 l do 3 l paliwa na 100 km. Zatem koszt eksploatacji, przy dystansie 100 km, pojazdu spalinowego wynosi odpowiednio: 17

18 Porównując moje obliczenia przekonujemy się, że eksploatacja skutera elektrycznego będzie kształtowała się na poziomie 2,33 do 5,89 złotych uwzględniając już amortyzację, na razie bardzo drogich, ale skutecznych akumulatorów żelowych o pojemnościach 100 i 200 Ah. Widać od razu różnicę w eksploatacji skutera elektrycznego w stosunku do skutera spalinowego, w którym dochodzą jeszcze inne opłaty, m.in. przeglądy, olej, również akumulator i niekomfortowa głośna jazda. W dalszej analizie podsumowującej, obliczona zostaje eksploatacja pojazdu w miesiącach kiedy można nim się bezpiecznie poruszać. W sezonie zimowym nie użytkujemy takiego pojazdu, można wykorzystać ten okres do przeglądów i konserwacji skutera. Zakładam, że jeździmy w miesiącach od kwietnia do listopada pokonując dziennie dystans 20 km. To możemy obliczyć ile lat będziemy eksploatować taki pojazd optymistycznie myśląc. W rzeczywistości będzie to jednak dużo mniej. Tabela 2.1. Miesiące eksploatacji skutera i ilość dni w ciągu roku. Miesiąc kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik RAZEM liczba dni Żywotność akumulatorów 500 cykli, tj km do pokonania, więc nasz skuter będzie eksploatowany przez lat: Całość obliczeń i wyszukanych informacji o producentach: silników, sterowników, akumulatorów i pozostałych podzespołów pozwoli na wykorzystanie tej wiedzy i przyczyni się do wykonania takiego skutera i przebadanie w rzeczywistych realiach użytkowania. Na koniec zebrałem w tabelach 2.2. i 2.3. zbiorcze porównanie producentów skuterów elektrycznych z projektowanym oraz wszystkie zestawienia obliczonych parametrów dla projektowanego skutera elektrycznego. 18

19 Tabela 2.2. Zbiorcze porównanie producentów skuterów elektrycznych z projektowanym. Lp. Parametry E-Skuter Model 90S E-MAX Model 110S EV-City Projektowany Bogato wyposażony 1. Cena 4270 zł zł zł 6500 zł 4128 zł 2. Masa 128 kg 151 kg 160 kg 98 kg 150 kg 3. Moc silnika 800 W 2150 W 3000 W 1200 W 800 W 4. Prędkość 41 km/h 45 km/h 90 km/h 80 km/h 50 km/h 5. Zasięg 70 km 40 do 60 km 90 km 80 km 166 km 6. Pojemność baterii 40 Ah 40 Ah 60 Ah 42 Ah 100 Ah Tabela 2.3. Zbiorcze zestawienie założonych i obliczonych parametrów dla projektowanego skutera elektrycznego. Lp. Pojemnoś ć Qak [Ah] Napięcie [V] Waga akumulatorów [kg] Cena za 1 sztukę [zł] dla = 0 o Czas jazdy [h] dla = 10 o Zasięg jazdy [km] Przebieg przy 500 cyklach ładowania [km] Koszt przejechania 100km Taryfa dzienna [zł] Taryfa nocna Cena amortyzacji na 100km [zł] Cena przejechania 100km [zł] x62 = ,33 0,53 166, ,58 0,92 3,20 5, x62 = ,66 1, ,32 0,77 3,20 4, x32 = ,67 1,67 83, ,16 1,84 3,07 2, x32 = ,33 0,53 166, ,64 1, ,33

20 3. ZAŁĄCZNIKI A. PARAMETRY WYBRANYCH SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH Rys Modele silników produkcji Hub Motor o mocy 800 W i 1500 W. [31] W tabeli podano ceny przykładowych silników. Przeliczając walutę USD na PLN według kursu na dzień r. - 2,77 zł mamy następujące ceny silników [35] Lp. Model silnika Napięcie Moc Cena w USD Cena w PLN 1. Hub Motor 48 V 800 W (disc-brake) $ ,13 zł 2. Hub Motor 48 V 1 kw (disc-brake) $ ,23 zł 3. Hub Motor 48 V 1.5 kw (disc-brake) $ ,73 zł 4. Hub Motor 48 V 2 kw (disc-brake $ ,23 zł 5. Hub Motor 48 V 3 kw (High Speed) (disc-brak) $ ,23 zł 6. Hub Motor 48 V 3 kw (High Torque) (discbrake) $ ,23 zł 7. Hub Motor 60 V 800 W (disc-brake) $ ,13 zł 8. Hub Motor 60 V 1 kw (disc-brake) $ ,23 zł 9. Hub Motor 60 V 1.5 kw (disc-brake) $ ,73 zł 10. Hub Motor 60 V 2 kw (disc-brake) $ ,23 zł B. STEROWNIK SILNIKA BEZSZCZOTKOWEGO Jeden z wielu sterowników o mocy 800 W i napięciu 48 V do silników bezszczotkowych dostępnych na rynku w cenie 99,99 zł za sztukę Rys.3.2. Sterownik do skutera do silnika bezszczotkowego 800 W 48 V. 20

21 Dla porównania sterownik o mocy 1200 W i napięciu 48 V do silników bezszczotkowych w cenie 352,79 zł za sztukę Rys.3.3. Sterownik do silnika bezszczotkowego 1200 W 48 V [50]. C. PARAMETRY WYBRANYCH AKUMULATORÓW C.1. AKUMULATOR TOYAMA NPG V ( GEL) Pojemność wg normy C Ah, C Ah, akumulator żelowy wykonany w japońskiej technologii [44] Parametry akumulatorów Toyama: Rys Akumulator firmy Toyama [44] Cena 690 zł 320 zł 240 zł Pojemność 100 Ah 42 Ah 26 Ah Napięcie 12 V 12 V 12 V Długość 331 mm 196 mm 180 mm Szerokość 173 mm 166 mm 166 mm Wysokość 233 mm 171 mm 125 mm Waga 30 kg 14 kg 8,6 kg Żywotność do 12 lat do 12 lat 12 lat ilość cykli ładowania-rozładowania przy rozładowaniu do 50%, Pełna szczelność, technologia wykonania prawdziwy żel, Akumulatory AGM i GEL przy pracy cyklicznej ładujemy zawsze specjalnymi ładowarkami Zalety: - zwiększona ilość głębokich cykli rozładowania-ładowania, - zżelowany elektrolit nie rozwarstwia się, - dobrze toleruje podwyższoną temperaturę pracy, - pełny powrót ze stanu głębokiego rozładowania, nawet jeśli ponowne, - ładowanie baterii ma miejsce po jakimś czasie, - bardzo dobra wydajność przy długich czasach rozładowań, - zmniejszone samo rozładowanie, - do zastosowań przy niestabilnej sieci zasilającej, 21

22 Zastosowanie: - systemy UPS, centralki, - mobilne zastosowania, - silniki elektryczne tu żel sprawdza się zdecydowanie lepiej niż AGM, - systemy alarmowe, car audio, - zabawki, - narzędzia bezprzewodowe, - oświetlenie awaryjne, systemy solarne, elektrownie wiatrowe, Charakterystyka: - odporny na niskie i wysokie temperatury, temp. pracy od - 20 do + 50 o C, - praca w dowolnej pozycji, - całkowita bez obsługowość, - hermetyczna konstrukcja, - doskonała zdolność ładowania, - mały stopień rozładowania, - żywotność do 12 lat, a przy prawidłowym użytkowaniu nawet dłużej. C.2. AKUMULATOR HZY12 firmy Haze Battery Co [30] Rys.3.5. Akumulator HZY firmy haze battery Co. Typ Napięcie Pojemność Cena HZY V 230 Ah 1998,99 zł z VAT HZY V 200 Ah 1649,00 zł z VAT HZY V 110 Ah 899,01 zł z VAT Rys.3.6. Akumulator AGM firmy haze battery Co. Typ Napięcie Pojemność Cena AGM HAZE HZB V 200 Ah 1298,99 zł z VAT AGM HAZE HZB V 100 Ah 679,00 zł z VAT AGM SSB - SBL120-12i 12 V 120 Ah zł netto AGM SSB - SBL200-12i 12 V 200 Ah zł netto AGM SSB - SBL100-12i 12 V 100 Ah zł netto Akumulatory HZY HAZE produkowane są na nowoczesnej linii produkcyjnej. Posiadają elektrolit w postaci żelu, dzięki czemu akumulatory te są bezobsługowe. Baterie żelowe HAZE dostosowane są zarówno do pracy buforowej jak i cyklicznej. Charakteryzują się trwałością oraz bardzo korzystnym stosunkiem jakości do ceny. Akumulatory AGM HAZE wytwarzane są na nowoczesnej linii produkcyjnej. Akumulatory AGM posiadają elektrolit unieruchomiony w matach z włókna szklanego, dzięki czemu nie wymagają obsługi. Baterie AGM 22

23 przeznaczone są do pracy cyklicznej i buforowej. Charakteryzują się trwałością oraz bardzo korzystnym stosunkiem jakości do ceny. Seria SBL charakteryzuje się projektowaną żywotnością na poziomie lat. Dzięki bogatemu zakresowi średnich i dużych pojemności, można optymalnie dobrać wymaganą pojemność. Akumulatory SBL sprawdzają się w wielu dużych instalacjach co potwierdza ich wysoką jakość i powtarzalność parametrów. Zalecane do stosowania: systemy UPS, baterie centralne, siłownie telekomunikacyjne, zasilanie rezerwowe w energetyce, urządzenia pracujące cyklicznie, sprzęt mobilny, mała trakcja, itp. [30, 33, 46] D. PARAMETRY ŁADOWAREK DO AKUMULATORÓW ŻELOWYCH Rys Ładowarka do akumulatorów żelowych PB-600 [44] Model PB V 40 A to najbardziej zaawansowana ładowarka impulsowa do akumulatorów żelowych, trakcyjnych, AM, ołowiowych otwartych (z kompensacją temperatury) [44]. Ładowarki PB-600 występują o różnych prądach ładowania: Lp. Model Napięcie Prąd ładowania Cena 1. PB V 40 A 670 zł 2. PB V 21 A 620 zł 3. PB V 10,5 A 800 zł Najważniejsze cechy: 2 lub 8 etapowa charakterystyka ładowania wybierana przyciskiem na panelu tylnym Uniwersalny zakres napięć wejściowych ( VAC) Aktywny układ korekcji współczynnika mocy (PF > 0.95) Zabezpieczenie zwarciowe, nadnapięciowe, termiczne, przed odwrotnym podłączeniem baterii akumulatorów Zaprojektowana do ładowania akumulatorów żelowych i innych kwasowo-ołowiowych 3 kolorowy wskaźnik LED stanu pracy ładowarki Zdalne załączanie / wyłączanie ładowarki Funkcja kompensacji temperatury (zmiana napięcia ładowania w zależności od temperatury) Sterowanie (załącz / wyłącz) wentylatorem w zależności od prądu ładowania Główne obszary zastosowań: telekomunikacja, maszyny do mycia i czyszczenia podłóg, systemy fotowoltaiczne, systemy zasilania na łodziach, wózki golfowe, pojazdy, windy i dźwigi z napędem elektrycznym, zasilanie UPS, przemysł. Inteligentne ładowarki mikroprocesorowe PULSAR 2+ z funkcją testowania akumulatorów oraz z funkcją rozładowania akumulatorów o mocy 350 W z regulacją prądu od 0,2 A do 12 A i z regulacją napięcia od 0,5 V do 60 V. Cena 880 zł [18] 23

24 Rys.3.8. Ładowarka do akumulatorów żelowych PULSAR 2+ [44] Podstawowe funkcje: 8 pamięci programu w każdej - ładownie, rozładowanie, rozładowanie/ładowanie i ładowanie/rozładowanie. Obsługiwane akumulatory: Ni-Cd, Ni-Mh, Li-Ion, Li-Pol, Li-Ta, Pb-bat, RAM, Li-Ph(FePO4) Formowanie i Regeneracja Szybki test akumulatora z pomiarem rezystancji wewnętrznej pakietu Pamięć danych z 8 ostatnich procesów (pojemność, typ i ilość ogniw) Wykresy procesu ładowania / rozładowania (PC - RS232) Rozładowanie akumulatora: normal, auto, revers Prąd ładowania 0,2 A - 12,0 A (350W) Prąd rozładowania 0,2 A - 12,0 A (revers 250 W, w ciepło 50 W) Napięcie zasilania 10,5 V 16 V (400 W) Napięcie ładowania 0,5 V 60 V; 1-32 cel Wyświetlacz LCD 2x16 znaków (podświetlany) Akustyczna sygnalizacja zdarzeń Pomiar temperatury i zabezpieczenie termiczne ładowanego akumulatora Wentylator z automatyczną zmianą prędkości Zabezpieczenie przed przegrzaniem elektroniki ładowarki Zabezpieczenie przed rozładowaniem akumulatora zasilającego Zabezpieczenie przed przeładowaniem akumulatora zasilającego (revers) Zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem zasilania i pakietu E. PARAMETRY DOSTĘPNYCH NA RYNKU SKUTERÓW ELEKTRYCZNYCH E.1. E-Skuter Tani i ekologiczny środek transportu. Idealny na dojazd do pracy, drobne zakupu czy wypad za miasto. Sprawdza się również w biznesie - dostawy pizzy, listonosze itp. [42] Niezastąpiony w miejscach gdzie niewskazany jest hałas i zanieczyszczenie środowiska. Rys.3.9. Skuter elektryczny E-Skuter 24

25 1. Cena z Vat 4270 zł 2. Długość 1850 mm 3. Szerokość 690 mm 4. Wysokość 1030 mm 5. Rozstaw osi 1350 mm 6. Masa pojazdu 108 kg 7. Maksymalna masa całkowita 258 kg 8. Moc silnika 800 W (1,0876 KM) 9. Rozmiar opon 3, Prędkość maksymalna 41km/h 11. Zasięg do 70 km 12. Czas ładowania akumulatora 8 godzin 12. Pojemność / trwałość akumulatora 40 Ah / 250 cykli ładowania 13. Zasięg i prędkość są zależne od obciążenia, 15. Silnik elektryczny, bezobsługowy zamocowany w tylnym kole. 16. Brak elementów przeniesienia napędu 17. Gwarancja na 24 miesiące 18. Nie przewidziano okresowych przeglądów gwarancyjnych E.2. Skuter elektryczny E-MAX 110 SUPER - elektryczny smart na dwóch kołach Skuter wyposażony w napęd elektryczny to najnowsza propozycja marki Smart, znanej z produkcji małych i drogich samochodów. [37] Koncepcyjny dwukołowy pojazd wykorzystuje zalety samochodu elektrycznego Smart Fortwo Electric Drive, oferując kompaktowe wymiary, zwrotność, wysoki poziom bezpieczeństwa i wydajny napęd bez emitowania spalin. Oprócz innowacyjnych rozwiązań technicznych nowy Escooter ma przyciągnąć klientów nowoczesnym designem oraz prostą obsługą. Kolejną zaletą jest zastosowanie smartfona która pełni funkcje rozmaitych urządzeń, takich jak prędkościomierz czy wskaźnik zasięgu. Światowa premiera tego oryginalnego skutera odbyła się podczas Mondial de Automobile 2010r. w Paryżu, gdzie marka Smart zaprezentowała kilka innych modeli o zerowej emisji spalin. [37] Rys Skuter elektryczny E-MAX 110 SUPER Skuter elektryczny E-max dwa modele: 90S oraz 110S Rok produkcji: 2009 Model 90S Model 110S Cena (brutto): 10,999 zł Cena zł Zasięg 45 do 60 km Zasięg 90 km Maksymalna Moc 2,15 kw (2,9234 KM) Maksymalna Moc 3 kw (4,079 KM) (z doładowaniem 3,85 kw) Prędkość maksymalna 45 km/h Prędkość maksymalna 90 km/h Pojemność Baterii 4x12 V/40 Ah Pojemność baterii 4x12 V/60 Ah Czas Ładowania 3 5 h Czas ładowania h Trwałość akumulatora min 500 cykli ładowania Masa 151 kg Hamulce Hydrauliczne pływające tarcze (przód i tył) Gwarancja 15 miesięcy lub 10,000 km 25

26 Dodatkowo skutery zostały wyposażone w przycisk bust", który na 30 sekund zwiększa moc. Przyda się to podczas wyprzedzania oraz w czasie podjazdów pod górę. Producent podkreśla, że pojazdy E-max są wyjątkowo ciche i ekonomiczne. Przy obecnych cenach energii elektrycznej naładowanie akumulatorów do pełna" to koszt około 1 zł. Nad rozwiązaniami technologicznymi czuwają niemieccy inżynierowie. Za ciekawy wygląd pojazdów marki E- max odpowiadają natomiast włoscy styliści. [37] E.3. Skuter elektryczny EV-CITY W ofercie dwa modele skuterów EV-CITY o napędzie elektrycznym: 1. Model Retro EV-CITY HR Model Sport EV-CITY HR-010 Zalety skutera EV-CITY: Rys Skuter elektryczny EV-CITY [26] Niskie koszty "paliwa" - jedynie koszt ładowania baterii Brak kosztów serwisu - oleju, filtrów, wariatorów Zamiast tankowania - ładowanie z gniazdka Bardzo cicha praca zespołu napędowego - skuter w trakcie jazdy porusza się wręcz bezszelestnie. [26] Napęd w skuterach EV-CITY - silnik BLDC: Cena skutera 6500 PLN brutto Moc nominalna 1200 W (1,63 KM) Napięcie 60 V Sprawność >83% Obciążenie prądowe 13 A (<32 A) Prędkość przy ciężarze 75 kg 70 km/h; pow. 80 kg 50 km/h Zasięg do 90 km Pojemność akumulatora 42 Ah Trwałość akumulatora 500 do 800 cykli ładowania/rozładowania Masa 98 kg 4. LITERATURA [1] Glinka T.: Maszyny elektryczne wzbudzane magnesami trwałymi. Wyd. Pol. Śląskiej. [2] Glinka T., Jakubiec M.: Rozwiązania konstrukcyjne silników tarczowych. Śląskie Wiadomości Elektryczne, Nr 5/2007r. Str Gliwice, [3] Goryca Z., Pakosz A.: Bezczujnikowe sterowanie bezszczotkowego silnika prądu stałego. Przegląd Elektrotechniczny nr 6, [4] Goryca Z.: Napęd lekkiego wózka zasilanego z akumulatorów. Wiadomości Elektrotechniczne nr 12, [5] Goryca Z., Bojarczak P.: Napęd wózka inwalidzkiego. Nowa Elektrotechnika nr 5, maj [6] Karpiński M.: praca dyplomowa, Zastosowanie procesora admc330 do sterowania bezszczotkowym silnikiem prądu stałego. Gdańsk,