ZAAWANSOWANE ROZWI ĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA … · I1 = 180A T Pm 0 20 40 60 80 100 120 140 160...

Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL

dr hab. inż. Jakub Bernatt, prof. KOMEL

ZAAWANSOWANE ROZWIĄZANIA TECHNICZNE

I BADANIA EKSPLOATACYJNE MIEJSKIEGO SAMOCHODU

OSOBOWEGO Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM „e-Kit”

Projekt rozwojowy NR01-0084-10

finansowany przez NCBiR

PRZYKŁADY MASZYN ELEKTRYCZNYCH OPRACOWANYCHDFOTYCHCZAS W KOMEL NA POTRZEBY ELEKTROMOBILNOŚCI

PRZYKŁADY MASZYN ELEKTRYCZNYCH OPRACOWANYCHDOTYCHCZAS W KOMEL NA POTRZEBY ELEKTROMOBILNOŚCI

Pierwsze prace Komel dla elektromobilności - SAM Re-VOLTDane 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 0-3500 obr/min.

• masa całkowita: 720 kg

• przyspieszenie: 0-50 km/h - 6.7 s,0-80 km/h - 15.3 s; 50-80 km/h - 7.0 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 - 4.5 h

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

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 (0-3500 obr/min)

Nowoczesny zestaw do konwersji „e-Kit”Fiat Panda + e-Kit = elektryczny samochód osobowy

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

W latach 2011 – 2013 realizowano w KOMEL projekt rozwojowy nr NR01-0084-10 pt.:

„Bezemisyjny napęd elektryczny nowej generacji (e-Kit) do samochodów

osobowych i dostawczych o masie całkowitej do 3.5 t.”

Projekt rozwojowy NR01-0084-10

finansowany przez NCBiR

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, UDC 128 – 400V;

• Wykorzystywane jest osłabianie strumienia magnetycznego w silniku PMSM w celu zwiększenia prędkości

maksymalnej napędu (sterowanie dwustrefowe: stały moment, stała moc).


0

20

40

60

80

100

120

140

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Mo

me

nt

[N.m

],

Mo

c [k

W]

Prędkość obrotowa wirnika [1/min]

I1 = 180A

T

Pm

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Mo

me

nt

[N.m

],

Mo

c [k

W]

Prędkość obrotowa wirnika [1/min]

Chwilowe przeciążenie

T

Pm

Charakterystyki elektromechaniczne momentu T = f(n) i mocy na wale Pm = f(n) zmierzone

w trakcie badań laboratoryjnych napędu e-Kit dla miejskiego samochodu osobowego

Zastosowane rozwiązania – silnik PMSM i falownik energoelektroniczny


Mapy sprawności napędu e-Kit dla samochodu osobowego

zmierzone laboratoryjnie


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).

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 -30 ÷ +55 °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).


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.



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.


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] -10,26Teoretyczny zasięg [km] 146



Jazda mieszana, trasa Tychy – Gliwice, prędkość do 70 km/h

Pokonany dystans [km] 32

Maksymalna prędkość [km/h] do 70










Jazda mieszana, trasa Gliwice – Sosnowiec, prędkość do 90 km/h

Pokonany dystans [km] 39

Maksymalna prędkość [km/h] do 90







Zużycie energii na 100 km [kWh] -12,84Teoretyczny zasięg [km] 116,8



Jazda pozamiejska, DTŚ, prędkość do 50 km/h (skrajny, mało realny przypadek)


Jazda pozamiejska, DTŚ, prędkość do 50 km/h (skrajny, mało realny przypadek)


Pokonany dystans [km] 88,9

Maksymalna prędkość [km/h] 65,7



Średnia prędkość w ruchu [km/h] 50,3






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.

Wnioski z jazd osobowym pojazdem elektrycznym z napędem „e-Kit”


Zużycie energii na 100 km [kWh] -10,26Teoretyczny zasięg [km] 146Energia odzyskana przy hamowaniu 4,279

Jazda mieszana, trasa Tychy – Gliwice, prędkość do 70 km/h

Zużycie energii na 100 km [kWh] -10,64Teoretyczny zasięg [km] 141Energia odzyskana przy hamowaniu 0,333

Jazda mieszana, trasa Gliwice – Sosnowiec, prędkość do 90 km/h

Zużycie energii na 100 km [kWh] -12,84Teoretyczny zasięg [km] 116,8Energia odzyskana przy hamowaniu 0,134

• 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)

Zelektryfikowaliśmy w oparciu o te same rozwiązania dostawczego Fiata Fiorino + e-Kit

dr hab. inż. Jakub Bernatt, prof. [email protected]

ZAAWANSOWANE ROZWI ĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA … · I1 = 180A T Pm 0 20 40 60 80 100 120 140 160...

Documents

Transcript of ZAAWANSOWANE ROZWI ĄZANIA TECHNICZNE I BADANIA … · I1 = 180A T Pm 0 20 40 60 80 100 120 140 160...