Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů

Prezentace na téma: "Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů"— Transkript prezentace:

1 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů

2 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA ELEKTROMOBILY A HYBRIDNÍ ELEKTROMOBILY Díl IV TYPY HYBRIDNÍCH ELEKTROMOBILŮ Podrobný výklad funkce a vlastností Prof. Ing. Zdeněk Čeřovský, DrSc

3 Sériový hybridní pohon
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Sériový hybridní pohon spalovací motor může pracovat v optimálním pracovním bodě možnost brzdění rekuperací nižší účinnost přenosu výkonu

4 Paralelní hybridní přenos
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Paralelní hybridní přenos vysoká účinnost mechanické části možnost rekuperace zlepšené pracovní podmínky spalovacího motoru nízká účinnost elektrické části

5 Kombinovaný hybridní pohon přepínatelný Požadavek výkonu
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Kombinovaný hybridní pohon přepínatelný Požadavek výkonu nízký vysoký sériový pohon paralelní pohon spojka rozpojena spojka sepnuta

6 Mechanický dělič výkonu
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 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

7 Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

8 Hybridní pohony s dělením výkonu
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 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 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Hybridní vozidla: Toyota Prius – hybrid 1997 Motor: 1,5l Baterie: Ni-MH Prodáno: 70 tis. kusů

10 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Hybridní vozidla: Toyota Dělič výkonu Generátor Měnič Motor Baterie El.motor Redukční převodovka Mech. Cesta El. cesta Transmise

11 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Přenos s elektrickým dělením výkonu - Generátor se dvěma rotory - Rotující první rotor (stator) předává točivý moment spalovacího motoru přímo na kola vozidla.

12 Slovenská strela - 2 rychlé motorové vozy (Tatra, 1936)
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 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 Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha

14 VÝKON KOMPONENT A JEHO DĚLENÍ
SPALOVACÍ MOTOR elektrický přenos mech. přenos 100 % výkonu rychlost vozidla

15 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA VÝZKUM V RÁMCI PRACÍ VÝZKUMNÉHO CENTRA JB ČVUT V PRAZE FYZIKÁLNÍ MODEL HYBRIDNÍHO PŘENOSU S DĚLIČEM VÝKONU

16 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA SUPERKAP AM NP AM NP MM ELM SP SG PM TM Základová deska

17 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA

18 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA

19 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Akumulace brzdné energie automobilu v superkondenzátoru Ing. Vladek Pavelka

20 Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Konstukční cvičení a metodiky konstruování spalovacích motorů Obsah: rekuperační obvod praktická realizace superkondenzátor – vlastnosti, aplikace napěťový měnič – způsob řízení, vlastnosti výsledky simulace závěr

21 Schéma pohonu - rekuperační obvod = = ~ = ~ superkondenzátor
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha tlumivka super-kondenzátor výkonový modul meziobvod Schéma pohonu superkondenzátor - rekuperační obvod = ss. měnič napětí ss. meziobvod = ~ = ~ výkonu dělič elektrický as. motor spalovací motor

22 VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha

23 integrovaný inteligentní modul s čidly proudu a teploty
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 28 x 22 x 16 cm, 10 kg výkonový modul Semikron SkiiP 942GB CTV integrovaný inteligentní modul s čidly proudu a teploty 1200 V / 900 A / 20 kHz

24 superkondenzátorová baterie
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 36 x 44 x 22 cm, 28 kg superkondenzátor Epcos UltraCap B48710 superkondenzátorová baterie (27 x 2700 F / 2.3 V) 100 F / 56 V / 400 A

25 vzduchová vyhlazovací tlumivka z Cu vodiče
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 35 x 38 x 11 cm, 33 kg tlumivka vzduchová vyhlazovací tlumivka z Cu vodiče 10 mH / 100 A

26 ELEKTRICKÉ VLASTNOSTI
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Superkondenzátor 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

27 VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 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 měrná energie [Wh/kg] 1 - 10 < 0,1 měrný výkon [W/kg] < 1000 < < životnost [cyklů] 1000 > účinnost nabíjení a vybíjení [%] 70 – 85 85 -98 > 95 Tab.1. Porovnání vlastností olověné baterie, superkondenzátoru a běžného kondenzátoru

28 Energie a max. příkon superkondenzátoru v závislosti na jeho napětí
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 1,5 t & 50 km/hod 100 F, 56 V, 400 A cca. 150 kJ Energie a max. příkon superkondenzátoru v závislosti na jeho napětí 150 kJ  150 kW·s 30 kW · 5 s 10 kW · 15 s Samovybíjení: cca. 0,5 V za 1 hod cca. 3 V za 10 hod Vnitřní odpor: cca. 30 m Ztrátový výkon: 4,8 kW (400 A) P [kW] 0,1*E [kJ] U [V]

29 Schéma rekuperačního obvodu
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Schéma rekuperačního obvodu Ukládání el. energie u2 i1 C1 L R C2 T1 D2 i2 u1 U1 T1 ON T1 OFF t přerušovaný proud nepřerušovaný proud tlumivka super-kondenzátor výkonový modul meziobvod

30 Schéma rekuperačního obvodu
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha Čerpání el. energie C1 L R C2 T2 D1 U1 i2 u2 u1 i1 t přerušovaný proud nepřerušovaný proud T1 ON T1 OFF Schéma rekuperačního obvodu tlumivka super-kondenzátor výkonový modul meziobvod

31 zatěžovatel Katedra elektrických pohonů a trakce K 314 - ČVUT Praha
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha zatěžovatel

32 VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA
Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha

33 Ukládání energie Čerpání energie
VÝZKUMNÉ CENTRUM JOSEFA BOŽKA Katedra elektrických pohonů a trakce K ČVUT Praha 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