Ім'я файлу: посібник електроніка автомобілів.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 5202кб.
Дата: 18.02.2022
скачати
Пов'язані файли:
Текстові теги HTML5.docx

201
максимальною кількістю оборотів 7500 об./хв, вмонтований на провідний міст, з передаточним ставленням 7,5:1.
Рисунок 10.7 - Ведучий міст з умонтованим електродвигуном.
1 — постійний магніт,
2 — статор,
3 — магнітний ланцюг,
4 — електричні дроти,
5 — коронна шестірня,
6 — планетарна передача,
7 — планетарний диференціал,
8 — вихід диференціала на ліве колесо,
9 — вихід на праве колесо,
10 — вхід диференціала,
11 — порожній вал
10.5.10 Безпосередній привід
У електромобілях бажано підключати колеса безпосередньо до електродвигуна без механічних передач, що спрощує механічну конструкцію. Але така схема вимагає складних алгоритмів управління і погіршуються їздові характеристики електромобіля.
Типовий приклад реалізації приводу «мотор-колесо» наведено на рисунку
10.4. Характеристики безпосереднього приводу може бути поліпшено можливістю комутації обмоток трифазного двигуна з зірки в трикутник і навпаки, а колекторного двигуна постійного струму — перемиканням обмоток збудження, послідовної й незалежної.
10.6 Тягові акумуляторні батареї
Є дуже багато типів акумуляторів, придатних до застосування в тягових батареях на електромобілях, хоча більшість з них не повністю відповідає всім вимогам немає і чітких критерій вибору оптимального акумулятора. Недостатня ємність, великий час заряду, мала питома енергія акумуляторів обмежують багато років зусилля конструкторів електромобілів.
Свинцево-кислотні акумулятори, найдешевші
і найчастіше застосовувані, лише трохи удосконалені з появою першого електромобіля.
Застосовуються також никель-кадмієві і никель-металгідридні акумулятори з більшою щільністю енергії, але вони набагато дорощі свинцевих.

202
10.6.1 Вимоги до акумуляторів електромобілів
Акумулятори електромобілів повинні відповідати наступним вимогам: високі удільня енергія і потужність, високий ККД, велика кількість циклів «заряд-розряд», низька вартість, безпека, надійність, незначні видатки на технічне обслуговування, малий час заряду, відновлюваність матеріалів. Наявні сьогодні акумулятори відповідають більшості з цих вимог. Необхідна розробка акумулятора, відповідного якщо не по всім, то найбільшому числу з вище перерахованих вимог.
10.6.2 Характеристики акумуляторів
У таблиці 10.3 наведено характеристики основних типів акумуляторів, застосовуваних на електромобілях.
Питома потужність. Вимірюється в Вт/кг, показує, яку потужність здатний віддавати акумулятор при заданій вазі. Це показник здібності електромобіля прискорюватися та долати підйом.
• Питома енергія. Вимірюється в Вт*час/кг. Це часто застосована характеристика акумуляторів. Визначається як енергозапас, та як енергія,що виділяється при розряді акумулятора на зовнішній ланцюг, яка припадає на одиницю ваги акумулятора.Чим вище питома енергія, тим більше пробіг електромобіля до перезарядки за однакової ваги акумуляторів.
• Щільність енергії. Вимірюється в Час/дм3, показує, скільки енергії запасається в акумуляторі на одиницю обсягу. Застосування батарей із високою щільністю енергії заощаджує місце у електромобілі зменшує його вагу.
•
Кількість циклів
«заряд-розряд»
(ресурс).
Характеризує довговічність акумулятора. Цикл окреслюється, як один повний 100-відсотковий заряд і розряд до 80%
ємності.
• Вартість акумулятора на один кВт*час запасаємої енергії.
10.6.3 Типи акумуляторів для тягових акумуляторних батарей
► Сьогодні на електромобілях найчастіше встановлюються свинцево-кислотні акумулятори. Великі зусилля затрачуються проектувальниками і виготовлювачами для
їхнього вдосконалення. Удільня потужність (35...300 Вт/кг) і енергія (15...45 Вт*час/кг) свинцевих акумуляторів невелика.
► Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd) випускаються широкої номенклатурою,
Тип акумулятора
Питома потужність
[вт/кг]
Щільність енергії
(Вт*год/дм )
Питома енергія(Вт*год/кг)
Число циклів
Заряд розряд
Вартість ($
Квт/год)
Свинцево -кислотне
35…300 50…90 15…45 300…600 70…400
Залізо-нікелеве
70…130 60…100 35…60 400…1200 400…500
Нікель-кадмієве
100…200 60…100 30…60 1000…1500 500
Нікель- металлгіддрідние
140…200 100…210 55…80 1000 150...800
Натрієва сірчані
90…120 75…100 80…120 250…500 300
Нікель-хлоридні
150 160 100 500
>1000
Літій іонні
100 100 150 300
>1000

203
ємністю від 0,08 А-год до 1000 Агод. Їх гідності: термін експлуатації, хороші характеристики при низьких температурах, висока енергоємність, міцна конструкція, висока надійність. Недоліки: висока вартість і токсичність кадмію. При заряді Ni-Cd- акумулятор виділяє водень і кисень, доводиться передбачати вентиляцію секцій.
► Залізонікелеві акумулятори (Ni-Fe). Термін їх експлуатації значно більше, ніж в свинцевих, вони добре витримують механічні навантаження. Питома енергія (35...60 Вт • час/кг) і потужність (70... 130 Вт/кг) невеликі, вартість висока. Під час кожного заряду необхідно доливати воду, ці акумулятори випускаються лише обслуговуваними.
Виділення водню при заряді робить проблематичним застосування Ni-Fe-акумуляторов на електромобілях. Конструкція Ni-Fe-акумуляторов добре відпрацьована, вони виробляються серійно переважно для залізничного транспорту.
► Нікель-металгідридні акумулятори (Ni-MH). Перспективні до застосування на електромобілях. Мають хороші удільні показники і хороший термін їхньої служби, але на сьогодні дорогі.
► Натрієво-сірчисті акумулятори (Na-S). В якості електрода використовується розплавлений натрій за нормальної температури 300 °С. Удільні показники високі —
80... 120 Вт*чае/кг і 90... 120 Вт/кг. Перевагою Na-S-технологии є малий саморозряд акумуляторів (кілька років). Це важливий показник для електромобілів, від яких потрібно забезпечення тривалого стану готовності транспортного засобу. Висока робоча температура, хімічно активні матеріали змушують застосовувати дорогі захищені конструкції Na-S-акумуляторів. Необхідність застосування нагрівачів і можливість затвердіння натрію під час простою — важливі недоліки Na-S-технології.
► Нікель-хлоридні акумулятори. Мають термін експлуатації, не обслуговуються.
Зберігають працездатність на виході з ладу частини осередків, але дороги, вимагають підтримки температурного режиму. Знаходяться на стадії розробки.
► Акумулятори з урахуванням літію (літій-іонні, літій-полімерні тощо. буд.), перспективні для електромобілів, перебувають у стадії обговорення. Основна проблема
— відвід тепла при заряді і розряді, і навіть трудомістка технологія виробництва.
10.6.4 Перспективні джерела енергії для електромобілів
► Літій-іонні сульфідні акумулятори працюють за температур 400...500 "С. Чи забезпечують високу щільність струму, термін експлуатації невеличкий.
► Літій-полімерні акумулятори мають високу питому міць і низьку вартість.
Напруга на затисках акумулятора залежить від ступеня розряду. Знаходяться на стадії розробки.
► Рідкі паливні елементи. Їх застосування замість акумуляторів вважається перспективним. У паливних елементах хімічна енергія палива перетворюється на електричну з допомогою електрохімічного процесу. Рідкий природний газ перетворюється на водень в паливному процесорі. Водень подається в паливні елементи, де і виробляється електрика. Хімічну енергія палива використовують у паливних елементах зі значно більшим ККД, ніж у ДВЗ. Побічними продуктами роботи паливних елементів є вода, невеликі кількості С02, СО і окислів азоту.
► Є варіанти, коли замість газу у паливний процесор подається метанол чи автомобіль як паливо транспортує рідкий водень. Провідні автомобілебудівні компанії витрачають великі гроші на розробку енергетичних установок для електромобілів па основі паливних елементів. Раз у раз на виставках демонструються працездатні концептуальні електромобілі: DaimlerChrysler NF.CAR 5, Jeep Commander 2, GM

204
HydroGen l. Ford Focus FCV, Wolkswagen Bora HyMotion BA3-2131 ПЕ Лада — Антэл тощо. Сьогодні енергетична установка на основі паливних елементів коштує близько
$500 за кВт, двигун електромобіля обійдеться приблизно $25000, звичайний ж бензиновий двигун коштує Україні близько $3500.
► Інерційні маховики використовують як нагромаджувачі механічної енергії.
Характеризуються високої удільною потужністю і низькою удільною енергією.
► Конденсатори надвеликої ємності можливо знайдуть застосування на електромобілях як допоміжні електричні джерела із можливістю швидкого заряду і розряду. Найбільші виробники автомобілів в усьому світі витрачають чимало зусиль на вдосконалення акумуляторів. У таблиці 10.4 показано, який прогрес у кар'єрному зростанні характеристик акумуляторів повинен відбутися у найближчому майбутньому.
10.7 Допоміжні бортові системи електромобіля
10.7.1 Система керування електромобілем
У системи управління електромобілем можна назвати чотири основних частини: систему управління тяговим електродвигуном, педально керівні органи, ручні керівні органи, панель приладів.
В усіх життєвих підсистемах використовуються мікроконтролери. Інформації про параметри, значення яких необхідні для роботи систем управління (струм, напруга, температура, швидкість тощо. буд.) з відповідних датчиків вводять у мікроконтролери. Мікроконтролери реалізують близькими до оптимального режиму управління виконавчими механізмами електромобіля і джерелами енергії, вживають заходів захисту у аварійних ситуаціях, постійно контролюють стан акумуляторної батареї, яке доводиться до водія, і пробіг до підзарядки.
10.7.2 Електромобільна система клімат-контролю
Кондиціонер і опалювач споживають багато електроенергії. Наприклад, на електромобілі Ford Ecostar з тяговим двигуном потужністю 75 кВт опалювач споживає 5 кВт, кондиціонер 6 кВт, а при їзді по рівній дорозі по міському циклу тяговий двигун
Ford Ecostar споживає лише вісім кВт. Користування кондиціонера чи опалювача істотно знижують пробіг до підзарядки. Автомобільний кондиціонер включається зазвичай за нормальної температури забортного повітря вище 35 °З. Усередині салону підтримується температура трохи більше 27 °З та відносна вологість 50%. Салон повинен постійно вентилюватися з розрахунку щонайменше 0,42 м3 на хвилину на пасажира, що ще більше навантажує кондиціонер.
Для зменшення втрат енергії вікна салону при працюючомум при кондиціонері би мало бути щільно закриті. Кондиціонери мають щодо низький ККД, їх використання
істотно зменшує стандартний пробіг електромобіля. Робляться спроби розробити ефективніші системи. У перспективних системах кондиціонування компресор наводиться на дію безколекторним двигуном постійного струму із регульованим числом оборотів. Компресор стискує і нагріває охолоджувач, охолоджувач потім випаровується
і охолоджується в випарнику, радіатор випарника охолоджує що надходить у салон повітря. Можливість регулювання оборотів компресора підвищує ефективність кондиціонера. Для зменшення навантаження на кондиціонер необхідні також тонування засклення кузова у властивому діапазоні оптичного спектра, хороша термоізоляція даху, охолодження салону на стоянках малопотужним (20 Вт) вентилятором. На сучасних електромобілях іноді застосовуються обігрівачі на рідкому паливі. Пробіг електромобіля не скорочується, але використання двох видів палива одним транспортним засобом нераціонально. Як джерела тепла можна використовувати спліт-системц. У крайньому

205
випадку можна включити і резистивний нагрівач, але це велика витрата енергії.
Ефективність роботи тягових акумуляторів залежить від температури. Наприклад, при зниженій температурі ємність акумуляторної батареї зменшується. Акумулятори електромобілів забезпечуються спеціальними нагрівачами підтримки оптимальної температури. Наприклад, на електромобілі Chevrolet S10 1997 року спліт-система підтримує оптимальну температуру акумулятора в холодну і гарячу пору року.
10.7.3 Низьковольтні джерела живлення
На електромобілях, як і автомобілях з ДВЗ, встановлено різне електрообладнання з живленням- від напруги 12 В — висвітлення, скло підйомники, аудіотехніка, прилади тощо. Масове виробництво цього устаткування добре налагоджено і немає необхідності його змінювати. Для живлення низьковольтного електроустаткування на електромобілях використовуються чи окремі 12 В акумулятори, які підключаються для заряду через перетворювач постійної напруги до високовольтної тягової батареї, чи електроживлення виробляється від перетворювача постійної напруги без буферного 12-вольтового акумулятора.
10.8 Інфраструктура
Широке використання електромобілів має супроводжуватись створенням відповідної інфраструктури. Тут багато необхідно зробити виробникам електромобілів, торговим
і сервісним організаціям, постачальникам електроенергії, електроустаткування, розробникам стандартів. Масове використання автомобілів з ДВЗ створило розгалуженої мережі доріг, заправні станції, системи виробництва та розподілу паливно-мастильних матеріалів, автосервісу тощо. Чимало з створеного буде потрібне при експлуатації електромобілів. Мережа розподілу електроенергії у індустріальних країнах досить розвинена, що знадобиться для збільшення його потужності.
Значна кількість зарядних станцій (колонок) для електромобілів є вже нині.
Наприклад, в Феніксі та його околицях (штат Арізона, США). Зазвичай, електрозаправки встановлено біля торгових центрів.
10.8.1 Електричні мережі
Тягові акумуляторні батареї електромобілів можуть бути по заряджені в гаражі власника у нічний певний час чи швидко на зарядної станції. Метод заряду визначає вимоги до електричних мереж. Тягові акумуляторні батареї можуть повільно заряджатися в гаражах власників від розеток побутової електромережі не піковий нічний час за 5...10 годин. Такі самі розетки з приймачами для монет чи кредитних карт за необхідності буде встановлено на автостоянках й у громадських гаражах для підзарядки під час паркування. Повільний заряд в нічні не пікові години лише поліпшить ефективність використання існуючої електричної мережі. Дозаряд значної частини електромобілів вдень збільшує навантаження на електричну мережу, які з огляду на це доведеться посилювати. Природно, тарифи на електроенергію в пікові і не пікові години приділятимуться різними. Зарядні станції (колонки) для прискореного заряду мають потужність 150 кВт, струм заряду 300...400 А. Такі станції є значним піковим навантаженням для локальної електричної мережі. Електромережі доведеться посилити, крім цього розробляються кошти на компенсаціі пікового навантаження: акумулятори, маховики, пристрої на ефект надпровідність Потужні зарядні станції застосовуються тому, щоб за 10...30 хвилин дозарядити батарею, після чого електромобіль має пройти щонайменше 110... 160 км. Експериментальні станції для прискореного заряду вже розміщуються як на шосе, так й у містах аналогічно бензозаправочним.

206
10.8.2 Вищі гармоніки і коефіцієнт потужності
Зарядні пристрої навантажують електромережу вищими гармоніками і споживають реактивну потужність. На рисунку 10.8 показана осцилограмма струму в первинному ланцюзі на зарядної станції в Феніксі, отримана в 1994 року при одночасного повільному заряді понад 30 електромобілів. Зарядний струм за кожен електромобіль не досягав 30 А від мережі 240 В. Коефіцієнт потужності половина зарядних пристроїв був гірший за 0,86. У 80% зарядних пристроїв коефіцієнт гармонік був він більше 30%.
Рисунок 10.8 - Осцилограмма зарядного струму
Перехід від тиристорних випрямлячів до транзисторних високочастотних перетворювачів дозволяє збільшити коефіцієнт потужності і применшити коефіцієнт гармонік.

1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

скачати