VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA

1

2

VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA

Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

ELEKTROMOBILY A HYBRIDNÍ ELEKTROMOBILYDíl IV

Prof. Ing. Zdeněk Čeřovský, DrSc

TYPY HYBRIDNÍCH ELEKTROMOBILŮPodrobný výklad funkce a vlastností

3

Sériový hybridní pohon

spalovací motor může pracovat v optimálním pracovním bodě

možnost brzdění rekuperací

nižší účinnost přenosu výkonu

spalovacímotor

generátor

trakčnímotor

baterie

SM

TM

G

BAT


4

Paralelní hybridní přenos

vysoká účinnost mechanické části

možnost rekuperace

zlepšené pracovní podmínky spalovacího motoru

nízká účinnost elektrické části

mechanickápřevodovka

spalovacímotor

baterie

trakčnímotor

SM

MP

TM BAT


5

Kombinovaný hybridní pohon přepínatelný

Požadavek výkonu

nízký vysoký

sériový pohon paralelní pohon

spojka sepnuta

spojka rozpojena

BAT

spalovacímotor

generátor

baterie

trakčnímotor

spojka

SM

G

TM


6

Mechanický dělič výkonu- dělič výkonu tvoří diferenciální planetová převodovka (t.j. se

dvěma stupni volnosti

- oba elektrické stroje jsou běžné konstrukce se stojícími statory

- jeden ze strojů má dutý rotor pro průchod hřídele


~

~

motor

~

spalovacímotor

řídícíjednotka

generátor

Planetovápřevodovka

7

V1

2

1

2SMGEN ω

R

R

R

R1ωω

R 2, V R 1, GEN

SM


8

Hybridní pohony s dělením výkonu- při daném výkonu může spalovací motor trvale pracovat s

nejnižší spotřebou paliva

- účinnost přenosu výkonu je vyšší než v případě sériového hybridního pohonu, protože část výkonu se na kola přenáší přímo mechanicky

- oproti elektrickému přenosu lze docílit úspor i prostým dělením výkonu - elektromechanický přenos

Možná řešení- s elektrickým děličem výkonu

- s mechanickým děličem výkonu


9



Hybridní vozidla: Toyota

Motor: 1,5l

Baterie: Ni-MH

Prodáno: 70 tis. kusůhttp://www.motormania.sk/art.ltc/178

Prius – hybrid

1997

10



Hybridní vozidla: Toyota

MotorBaterie

El.motor

Dělič výkonu Generátor Měnič

Transmise

Redukčnípřevodovka

Mech. Cesta

El. cesta

11



Přenos s elektrickým dělením výkonu - Generátor se dvěma rotory

- Rotující první rotor (stator) předává točivý moment spalovacího motoru přímo na kola vozidla.

~

~

.

Generator

.

Fahrmotor

~Verbrenn

ungsmotor

Regler

12

Slovenská strela- 2 rychlé motorové vozy (Tatra, 1936)

- použit elektrický dělič výkonu vyvinutý Ing. Josefem Sousedíkem

- další generace elektromechanického přenosu vyvinuta po 2. světové válce


13


14

SPALOVACÍ MOTOR

VÝKON KOMPONENT A JEHO DĚLENÍ

100

% v

ýkon

u

rychlost vozidla

mech. přenos

elektrický přenos

15



FYZIKÁLNÍ MODEL HYBRIDNÍHO PŘENOSU S DĚLIČEM VÝKONU

VÝZKUM V RÁMCI PRACÍ VÝZKUMNÉHO CENTRA JBČVUT V PRAZE

16




Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT PrahaKatedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha



TM

Základová deska

SUPERKAP

MM

AM

NP

AM

NP

ELM SP

SG PM

17



18



19



Akumulace brzdné energie automobilu v superkondenzátoru

Ing. Vladek Pavelka

20



Obsah:

• rekuperační obvod• praktická realizace• superkondenzátor – vlastnosti, aplikace• napěťový měnič – způsob řízení, vlastnosti• výsledky simulace• závěr

21



výkonu

dělič

elektrický

as. motor spalovací

motor

= ~

= ~

= =

superkondenzátor

ss. měnič napětí

ss. meziobvod

Schéma pohonu

- rekuperační obvodtlumivka

super-kondenzátor

výkonový modulmeziobvod

22



23



výkonový modul Semikron SkiiP 942GB120-317CTV

integrovaný inteligentní modul s čidly proudu a teploty

1200 V / 900 A / 20 kHz

28 x 22 x 16 cm, 10 kg

24



superkondenzátor Epcos UltraCap B48710

superkondenzátorová baterie(27 x 2700 F / 2.3 V)

100 F / 56 V / 400 A

36 x 44 x 22 cm, 28 kg

25



tlumivka vzduchová vyhlazovací tlumivka z Cu vodiče

10 mH / 100 A

35 x 38 x 11 cm, 33 kg

26

ELEKTRICKÉ VLASTNOSTI- Nízké jmenovité napětí + Velká proudová zatížitelnost+ Velký měrný výkon+ Vysoký počet nabíjecích cyklů+ Odolnost proti hlubokému vybití+ Malé samovybíjení+ Bezproblémová funkce při nízkých

teplotách

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI+ Uchování energie bez nutnosti její

přeměny+ Nízká hmotnost+ Neobsahuje těžké kovy (Cd, Ni, Pb)+ Odolnost proti otřesům a vibracím

APLIKACE• Doprava, automobilová technika• Záložní zdroje el. energie



Superkondenzátor

27



Tab.1. Porovnání vlastností olověné baterie, superkondenzátoru a běžného kondenzátoru

olověná baterie

super-kondenzátor

běžný kondenzátor

nabíjecí doba 1 – 5 h 0,3 – 30 s 10-3 – 10-6 s

vybíjecí doba 0,3 – 3 h 0,3 – 30 s 10-3 – 10-6 s

měrná energie [Wh/kg] 10 - 100 1 - 10 < 0,1

měrný výkon [W/kg] < 1000 < 10 000 <100 000

životnost [cyklů] 1000 > 500 000 > 500 000

účinnost nabíjení a vybíjení [%]

70 – 85 85 -98 > 95

28



1,5 t & 50 km/hod

100 F, 56 V, 400 A

cca. 150 kJ

150 kJ 150 kW·s 30 kW · 5 s10 kW · 15 s

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

Energie a max. příkon superkondenzátoru v závislosti na jeho napětí

U [V]

P [kW]

0,1*E [kJ]

Samovybíjení: cca. 0,5 V za 1 hod cca. 3 V za 10 hod

Vnitřní odpor: cca. 30 mZtrátový výkon: 4,8 kW (400 A)

29



Schéma rekuperačního obvodu

tlumivka

super-kondenzátor


Ukládání el. energie

u2

i1

C1

L R

C2

T1

D2 i2

u1

u2

C1

L R

C2

T1

D2 i2

U1

T1 ON T1 OFF

t

i2 přerušovaný proud

t

i2 nepřerušovaný proud

30

tlumivka

super-kondenzátor




Schéma rekuperačního obvodu

Čerpání el. energie

C1

L R

C2T2

D1

U1

i2u2 u2

C1

L R

C2T2

D1

u1

i2

i1

ti2

přerušovaný proud

ti2

nepřerušovaný proud

T1 ON T1 OFF

31



0 0.05 0.1 0.15 0.20

100

200

300

400

Ukládaní energie do superkondenzátoru

z [-]

Imax

P1AV

U1=400V

f=10kHz L=10mH R=0.1

0

4

8

12

16

0

20

40

60

80

100

U2=56VU

2=33V

P [kW] I [A]

[%]

zatěžovatel

32



0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 10

50

100

150

200

250

300

350

400

Čerpání energie ze superkondenzátoru

z [-]

Imax

P1AV

U2=33VU

2=56V

U1=400V

f=10kHz L=10mH R=0.1

0

4

8

12

16

0

20

40

60

80

100

[%]

P [kW] I [A]

33



Ukládání energie

• velká dynamika regulátoru, rychlý regulační zásah => zanedbatelný překmit napětí meziobvodu při skokovém nárůstu příkonu do meziobvodu

Čerpání energie

• Malá dynamika regulátoru, pomalý regulační zásah => znatelný pokles napětí meziobvodu při skokovém nárůstu výkonu odebíraného z meziobvodu

• akumulovaná energie v tlumivce => nárůst napětí meziobvodu po ukončení regulace

Date post:	05-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	saima
View:	41 times
Download:	0 times

VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA

Documents