Автомобиль «газель» с электроприводом



Скачать 44.21 Kb.
Pdf просмотр
Дата13.01.2017
Размер44.21 Kb.
Просмотров266
Скачиваний0

1
АВТОМОБИЛЬ «ГАЗЕЛЬ» С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Основной задачей является экономия горючего за счет рекуперации энергии при торможении автомобиля
(городской цикл движения, предполагаемое снижение расхода топлива на 40…50%).
Исходные данные:
1. Полная масса с нагрузкой ≈ 3000…3500 кг (например, микроавтобус «Газель» или фургон-грузовик).
2. Длительное движение на подъем 15% при скорости 40 км/час (11,1 м/с).
3. Максимальная скорость движения – 110 км/час (в динамике и при обгоне).
4. Мощность двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ≈ 60 кВт (длительная).
Дополнительные данные:
1. Диаметр колеса ≈ 0,6 м. Заднеприводной автомобиль.
2. Понижающая передача в дифференциале заднего моста, К = 0,2.
Выбор технического решения:
1. Для системы привода принимается схема с последовательной электромеханической трансмиссией и высоковольтным химическим аккумулятором (300…500 В), а также, возможно, с дополнительной конден- саторной батареей, имеющей высокую кратковременную мощность.
2. Суммарный запас энергии батарей – на 3-5 разгонов до скорости 72 км/час, кратковременная мощность
– 45…60 кВт при заряде-разряде, общая масса батарей ≈ 60…80 кг. Емкость батарей – 4…6 А*часов (при- мерно на 5…10 минут движения со скоростью 40…50 км/час).
3. Мощность электрогенератора на валу ДВС ≈ 60 кВт (длительно, кратковременно ≈ 120 кВт).
4. Мощность электродвигателя на карданном валу ≈ 60 кВт (длительно, кратковременно ≈ 120 кВт).
5. Максимальная мощность тягового электродвигателя ≈ 140…160 кВт (кратковременно).
Результаты расчетов и экспертных оценок:
• Скатывающая сила – 4360 Н (15% подъем).
• Мощность при движении на горизонтальном участке при 40 км/час ≈ 5 кВт (экспертная оценка).
• Мощность на преодоление 15% подъема со скоростью 40 км/час ≈ 48,4 кВт (длительно).
• Суммарная мощность приводного электродвигателя в указанном выше режиме движения – 53,4 кВт.
• Скорость вращения колес автомобиля – 5,9 об/с (при 40 км/час).
• Скорость вращения приводного электродвигателя ≈ 2000 об/мин (при 40 км/час).
• Номинальный момент на валу приводного электродвигателя ≈ 300 Н*м, длительно (при 40 км/час).
• Длительное номинальное ускорение – 1,7 м/с
2
(максимальное ускорение в динамике ≈ 2...3 м/с
2
).
• Время разгона до скорости 72 км/час – не более 12 секунд (даже без суммирования мощностей).
• Максимальная скорость движения – 110 км/час (≈ 6000 об/мин на двигателе привода).
• Выходная мощность частотного инвертора – 60 кВт, (длительно, кратковременно – 120 кВт).
• Мощность рекуперативного преобразователя – 60 кВт, (длительно, кратковременно – 120 кВт).
• Общая масса частотного инвертора и рекуперативного преобразователя ≈ 100 кг.
• Частотный инвертор и рекуперативный преобразователь имеют воздушное охлаждение.
Выбор технического решения для электрических машин (вариант):
• Применяются синхронные магнитно-реактивные электрические машины для тягового привода.
• Делительный диаметр (по магнитной дороге) ≈ 0,290 м, 6 пар полюсов, магниты железо-неодим-бор.
• Удельная сила тяги по магнитному зазору (длительный режим) ≈ 3 Н/см
2
• Толщина набора пакета статора (ширина магнитной дороги) – 60 мм.
• Генератор и двигатель могут иметь практически одинаковые конструкции (унификация по узлам).
• Коэффициент полезного действия электрических машин ≈ 0,97 (при мощности 60 кВт).
• Обе машины имеют принудительное внешнее воздушное охлаждение.
• За основу взят модельный ряд тяговых двигателей «Орион - 18 - 2М» (
www.orionmotor.narod.ru
).
• Габариты электрических машин: диаметр ≈ 400 мм, длина по оси ≈ 250 мм. Масса ≈ 60…80 кг.
• Рыночная стоимость таких серийных электрических машин ≈ 600…800 USD (≈ 10 USD/кг, ≈ 10 USD/кВт).

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИИ
• При этой схеме трансмиссии ДВС приводит в движение генератор, а вырабатываемая им электроэнер- гия питает электродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной схему называют потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд преобразований. От механической энер- гии, вырабатываемой ДВС, в электрическую энергию, вырабатываемую генератором, и опять в механиче- скую. Данная схема позволяет использовать ДВС относительно малой мощности, при его постоянной ра- боте в диапазоне максимального КПД (в крейсерском режиме движения). Это позволяет стабильно гене- рировать достаточное количество энергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной бата- реи.
• Данная схема позволяет легче выполнить новые экологические нормы для ДВС, продлить ресурс двига- теля, обеспечивает экономию горючего за счет рекуперации энергии при торможении автомобиля и за счет постоянной работы ДВС в диапазоне максимального КПД.
• В целом система такого электропривода выполняет и функцию автоматической коробки передач, снижая утомляемость водителя и обеспечивая повышенную безопасность движения.
• Электрогенератор выполняет функции маховика, стартера и бортового генератора.
• Добавляется специальное электрооборудование: частотные инверторы, преобразователи, бортовая
ЭВМ, различные датчики (остальное указано выше).
• Наличие мощного высоковольтного источника электроэнергии на борту автомобиля позволяет по-новому решать задачи для вспомогательных систем транспортного средства (кондиционер, обогреватель, холо- дильник, радиотелевизионные устройства, электроусилитель руля, освещение, приводы дверей, люков.
• Можно сохранить и традиционные низковольтные приводы и системы с 12-вольтовым питанием.
• Отсутствуют некоторые традиционные узлы и агрегаты: маховик, стартер, генератор, муфта сцепления, коробка переключения скоростей. Бортовой аккумулятор на 12 В остается, но меньшей емкости.
• Предусматривается возможность суммирования электрической мощности с электрогенератора (60 кВт) и батареи (45…60 кВт) при разгоне автомобиля или при выполнении обгона.
• Рекуперация энергии и заряд аккумулятора производится при переключении тягового электродвигателя в режим генератора при торможении или при движении под уклон, а запасенная батареей энергия питает обратимую машину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою очередь, вращает ве- дущие колеса.
• Предварительная оценка эффективности режима рекуперации – возврат при торможении до 75 % нако- пленной кинетической энергии (городской цикл движения с ограничением скорости на уровне 60 км/час и плавным торможением).
• Известные из технической литературы сведения по такому техническому решению позволяют уверенно утверждать, что при данной схеме трансмиссии расход топлива снизится примерно на 40…50%.
• Применение высоковольтных синхронных двигателей, предназначенных для тягового привода, позволя- ет реализовать электропривод без применения понижающих планетарных редукторов на валу электро- двигателя. Двигатель и генератор являются относительно низкооборотными моторами и напрямую под- ключаются к карданному валу заднего моста и к выходному валу ДВС, соответственно. Электрические машины этого типа имеют весьма высокую удельную мощность при относительно низких оборотах 1 кВт на 1 кг массы двигателя или генератора при 2000 об/мин.
Энергетический центр – уникальная система, управляющая созданием и распределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее и создаваемой генератором. Основные компоненты энер- гетического центра: мощная высоковольтная батарея, блок управления энергией, полупроводниковое коммутационное устройство, рекуперативная тормозная система.
Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и электромотором. Данные устройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии с текущими потребностями системы. Потребность в преобразовании про- диктована следующими причинами: генератор и электромотор – машины переменного тока, в то время как аккумулятор оперирует постоянным током, кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также входному напряжению инвертора, управляющего тяговым электромотором.
Инвертор – блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторной батареи, в перемен- ный ток, используемый для питания электромотора. В силовой установке предусмотрена высоковольтная схема преобразования одного постоянного тока в другой, тоже постоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то происходит равномерный рост электрической мощности при той же величине значения тока. В результате получают более высокую производительность и повышенный крутящий момент тягово- го электромотора.
Рекуперативная тормозная система при торможении переводит тяговый электромотор в генераторный режим. Вырабатываемая при этом электроэнергия используется для заряда аккумуляторной батареи.
Особо эффективную работу система обеспечивает в городских условиях, при чередовании режимов старт-стоп. Заметим, что в традиционных тормозных системах кинетическая энергия автомобиля при за- медлении теряется полностью.
2

РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ

Начало движения.
Для начала движения и на малых скоростях ДВС может не использоваться (он может быть остановлен).
При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее, поступает на блок управления электропита- нием. Он, в свою очередь, направляет энергию на электромотор, что позволяет автомобилю плавно тро- гаться с места. При достижении определенной скорости или при недостаточном запасе энергии в батарее производится запуск ДВС.
Движение в нормальном режиме.
В этом случае ДВС приводит во вращение генератор, с которого энергия передается в энергетический центр и с него на электромотор, передающий момент на ведущие колеса. При необходимости генератор осуществляет заряд батареи, отдавая ей излишки энергии. Следует отметить, что полный заряд батареи нежелателен, поскольку при рекуперативном торможении батарея должна иметь возможность принять определенное количество энергии.
Разгон.
При переходе с нормальной скорости на повышенную или максимальную скорость основная доля энергии на тяговый электродвигатель по-прежнему поступает с генератора, однако для улучшения динамики до- полнительная энергия может быть взята от батареи. При этом мощность привода равна суммарной мощ- ности ДВС и батареи.
Торможение.
Для оптимизации количества сохраняемой энергии управляемая электроникой тормозная система прини- мает решение о том, когда следует использовать гидравлическую систему, а когда – рекуперативное тор- можение (оно и является приоритетным). При рекуперативном торможении тяговый электродвигатель ра- ботает в генераторном режиме, создавая тормозной момент на ведущей оси. Вырабатываемая энергия поступает на блок управления электропитанием, а оттуда на высоковольтную аккумуляторную батарею.
Разработчик – МИХАЛЕВ А. И.
(Минск, 18.06.2013)
orion_mai@inbox.ru

3


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал