Transcript Design och konstruktion av en drivlina för ett elfordon kapabel att

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Johan Lundin
Uppsala Universitet
• Projektnr: 36396-1
• Huvudstödmottagare: Avdelningen för
elektricitetslära, Uppsala universitet
• Program: SHC, tema 2 och 3
• Stödsumma: 1 833 tkr
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Vad är problemet?
•
•
•
•
Höga effekttoppar
Låg medeleffekt
Många mikrocykler
Många tillämpningar
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Varför denna lösning?
• Batteriet laddar ur
med konstant låg
effekt
• Svänghjulet tar
hand om alla
effekttoppar
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Hur?
1
2
E   I 
2
Det enda som går att reglera när svänghjulet väl är byggt är hastigheten (energi) och
därmed också accelerationen (effekt).
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Hur?
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Drivlina i labbet
”Batteri”
Systemets
hjärna
Styrning av
magnetlager
Kraftelektronik
Svänghjul 3
Svänghjul 1
Motor som
simulerar
körcykel
Drivmotor
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål
1) Design och konstruktion av en drivlina för ett elfordon kapabel att hantera
effekter upp till 60 kW
2) Design och konstruktion av en lågviktsvakuumkammare för minimering av
svänghjulsförluster
3) Design och konstruktion av ett mätsystem som kan hantera spänningar
upp till 1 kW
4) Demonstration av systemet i ett elfordon med total verkningsgrad för
återvinning av bromsenergi över 60%
5) Verifiering av nyttan med svänghjul med avseende på energieffektivitet
för ett batteridrivet elfordon med toppeffekt för batteri mindre än 40% av
körcykelns toppeffekt (d.v.s. energibufferten i svänghjul kan skydda
batteriet från toppeffekter)
6) Verifiering av ökad räckvidd vid stadskörcykler med minst 10%
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – status
1) Design och konstruktion av en drivlina för ett elfordon kapabel att hantera
effekter upp till 60 kW
Drivlinan är designad och konstruerad från ”batteri” till motor som
simulerar körcykler (jfr bilden på lab-uppställningen). Kraftelektroniken
klarar 90 kW per enhet. Svänghjulet är designat för 30 kW kontinuerlig
effekt (så länge energin räcker!) men klarar betydligt mer under kortare
stunder.
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – status
2) Design och konstruktion av en lågviktsvakuumkammare för minimering av
svänghjulsförluster
Leverantör (Swerea SICOMP) är kontaktad och står beredd att tillverka
vakuumkammaren.
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – status
3) Design och konstruktion av ett mätsystem som kan hantera spänningar
upp till 1 kW
Färdigt! Vi använder Hall-sensorer direktmonterade på mätkort för
strömmätning. Detta gör att mätsystemet blir robust (okänsligt för
störningar) och galvaniskt isolerat.
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – status
4) Demonstration av systemet i ett elfordon med total verkningsgrad för
återvinning av bromsenergi över 60%
Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt.
Verkningsgrad för bromsenergiåtervinning är ett luddigt begrepp!
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – Status
5) Verifiering av nyttan med svänghjul med avseende på energieffektivitet
för ett batteridrivet elfordon med toppeffekt för batteri mindre än 40% av
körcykelns toppeffekt (d.v.s. energibufferten i svänghjul kan skydda
batteriet från toppeffekter)
Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt. 40% borde
kunna – åtminstone – halveras till 20%. Simuleringar visar att
batterieffekten kan minska med en faktor 10!
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Projektmål – Status
6) Verifiering av ökad räckvidd vid stadskörcykler med minst 10%
Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt. 10% är en
konservativ räckviddsökning. Räckvidden kan – i extremfallet –
fördubblas!
Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon
Tack för visat intresse!
För mer information, kontakta oss på:
URL: www.el.angstrom.uu.se
Mejl: [email protected]
Tel: 0708-328720
HISTORY
The Gyrobus (MFO) - 1952
•
•
•
•
•
•
Rotor: 1.6 m (diam.) and 1500 kg
52 kW traction motor
2100-3000 rpm (3.3 kWh useful energy)
2-5 min charging time
Hydrogen-filled chamber at 0.7 bar
Losses > 10 kW
Modern Flywheel Systems
Audi R18 e-tron quattro
• Flywheel from GKN (WHP)
• Electric transmission
• Mechanical bearings, vacuum
• Composite material
• Won the 24 h Le-Mans endurance race 2012 and 2013
Volvo KERS, 2013
• Mechanical transmission (CVT)
• Mechanical bearings, vacuum
• Composite material
• 25% more fuel efficient
• Model S60 with additional 80 hp
Losses in the Flywheel
• Magnetic bearings – 40 W constant loss
• Air drag losses heavily dependent on the speed of the flywheel (see below)
• Electric losses (resistive, eddy current etc.)
Misc
Mechanical Construction
Winding of shell
(Swerea SICOMP)
The third time’s the
charm…
Assembly of rotor
Misc
Magnetic Bearings
Misc
Material Cost - Flywheel