Transcript ВТУ ”Тодор Каблешков”, София

СПЕЦИАЛНОСТ
“ЕЛЕКТРОМОБИЛИ”
ВЪВ ВТУ “ТОДОР КАБЛЕШКОВ” –
МЯСТО НА СРЕЩА НА
СЪВРМЕННОТО ОБРАЗОВАНИЕ И
НАУКА
проф. д-р инж. Иван Миленов,
гл. ас. инж. Чавдар Джамбазки
ВТУ ”Тодор Каблешков”, София
Научните изследвания показват, че запасите
от петрол на нашата планета са към своя край.
Това означава, че ерата на двигателите с
вътрешно горене отминава. Към момента в
света се движат над 750 млн. автомобили с
двигатели с вътрешно горене. Годишно те
изхвърлят в атмосферата над 4 милиарда тона
въглероден диоксид, който е един от основните
фактори за глобалното затопляне. Изчерпването
на петролните запаси и екологичните проблеми
налагат търсенето на алтернативни решения.
Едно
такова
перспективно
решение
е
електромобилът.
Най-голямото
предимство
на
електромобилите е това, че електрическата енергия
използвана за неговото задвижване може да се
произвежда от най-различни източници - атомна,
слънчева, въглища, газ, вятър и т.н. Електродвигателят
сравнен с двигателя с вътрешно горене е по-евтин, понадежден, по-прост, по-лек, по-малък, безшумен,
екологичен и с двойно по-висок коефициент на полезно
действие. Големите автомобилни концерни, като Renault,
Nissan, Toyota, Tesla, Honda, General Motors, Volvo и
други в последните години работят усилено
за
създаването и пускането в серийно производство на
съвременни електромобили. В разработките се включват
много научни институти и университети.
Специалност “Електромобили”, ОКС
“Магистър” във ВТУ “Тодор Каблешков”
РЕПУБЛИКА БЪЛГАРИЯ
МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО, МЛАДЕЖТА И НАУКАТА
ВИСШЕ ТРАНСПОРТНО УЧИЛИЩЕ "ТОДОР КАБЛЕШКОВ" - СОФИЯ
ФАКУЛТЕТ "КОМУНИКАЦИИ И ЕЛЕКТРООБЗАВЕЖДАНЕ В ТРАНСПОРТА”
Утвърждавам:
Ректор:
/проф. дтн. инж.-мат. П. Колев/
ДК 07_00-01
У Ч Е Б Е Н П Л А Н ‘12
Специалност: Електромобили
Професионална квалификация: магистър-инженер
Форма на обучение: редовно
Срок на обучение: 1,5 години
Образователно квалификационна степен: магистър
Професионално направление: Електротехника, електроника
и автоматика
Област на висшето образование: Технически науки
Учебният план влиза в сила от началото на учебната 2012 / 2013 година.
Учебният план е приет на заседание на ФС с Протокол № 14/ 14.02.2012 год.
ДЕКАН:
/доц. д-р инж. И. Миленов/
Учебният план е утвърден на заседание на АС с Протокол № 33/ 04.04.2012 год.
ЗАМ.-РЕКТОР ПО УЧЕБНАТА ДЕЙНОСТ:
/доц. д-р Р. Улучев/
Учебни дисциплини
№ по
ред
Код
Наименование на учебните дисциплини
Общо
Разпределение по
семестри
6
7
8
9
10
1386
1387
535
1388
1394
1392
1393
1389
1395
1396
Задължителни дисциплини
Инженерно изследване и проектиране на електромобили
Електрообзавеждане на електромобили
Електромагнитна съвместимост
Електрозахранващи източници за електромобили
Зарядни станции за електромобили
75
105
75
60
60
Тягови и спирачни системи на електромобили
Системи за управление, контрол и защита на електромобили
Безопасност и екология
Маркетинг и продажби на електромобили
Надеждност, диагностика и изпитване на електромобили
Всичко:
II.
11
11,1
11,2
11,3
Сам.
подг.
Кредити
ТО
75
90
75
90
75
6
7
5
6
5
ТО
ТО
3
75
105
45
45
75
750
6
7
3
3
6
54
ТО
150
6
1
4
150
900
6
60
I курс
I c.
I.
1
2
3
4
5
Контрол по
семестри
1397
105
105
45
45
75
750
II c.
375
И
И
105
105
45
45
75
375
И
И
И
7
*
Всичко II:
Всичко :
0
750
0
375
ТО
И
И
75
105
75
60
60
Избираеми дисциплини
Избираема дисциплина 1
Курсов проект
Курсов проект - тягови и спирачни системи
Курсов проект - системи за управление контрол и защита
Курсов проект - зарядни станции
И
0
375
0
7
Колектив от преподаватели и студенти на
ВТУ „Тодор Каблешков” – София с подкрепата
на спонсорски фирми реализира проект на
електромобил, базиран на серийно произвеждан
автомобил марка Рено. Целта на разработката е
да се проектира, комплектова и изпита реален
прототип на съвременен електромобил. Същия
ще бъде използван при обучението на
студентите
и ще
дава възможност
за
провеждане на научно-изследователска дейност
по развитието и използването на този
перспективен и нов за нашата страна транспорт.
Основно изискване към разработката е да
бъдат
приложени
най-съвременните
енергоефективни технологии, които биха
позволили да се увеличи пробега на
електромобила. Обикновено в литературата се
посочва като разход на електроенергия за
пробег от един км. стойности от 100 до 300 Wh.
Това на практика означава, че всеки спестен
ватчас от прилагането на енергоефективни
технологии е много важен и целесъобразен и
реално би довел до съществено увеличение на
пробега на електромобила.
Най-голям ефект по отношение на енергийната
ефективност се постига при използването на тягово
електрозадвижване, реализиращо максимална стойност
на коефициента на полезно действие при различни
натоварвания и режими на работа. Самите тягови
електродвигатели независимо от вида им имат висок
КПД само при номинален (обявен) режим на работа т.е при номинален товар и обороти. Така например при
променливотоковите електродвигатели КПД достига
0,93-0,95. За всички останали случаи КПД на тяговите
двигатели е по-нисък и може да бъде дори под 0,50.
На фиг. 1 е дадена зависимостта на КПД от
натоварването на двигателя.

1
0 ,93
0 ,8
0 ,6
0 ,4
0 ,2
100
200
300 I 2 n 400
Фиг. 1
I2 , A



При електромобилите натоварването на тяговия двигател
се изменя непрекъснато и следователно се изменя и КПД.
Именно посочената характеристика води до влошаване на
енергийните характеристики на електрозадвижването.
Съвременните
енергоефективни
технологии
дават
възможност за решаването на посочения проблем. Това
стана възможно с разработването на новото поколение
микропроцесорни управления.
За проектирания във ВТУ „Т. Каблешков” електромобил е
избрано променливотоково тягово електрозадвижване. На
мястото на бензиновия двигател с вътрешно горене е
монтиран
трифазен
асинхронен
двигател
с
накъсосъединен ротор с мощност 16 кW. (Фиг. 2).
Програмируемият контролер е от последно поколение и
реализира директно векторно управление на момента.
Независимо, че товара
и оборотите се изменят
непрекъснато, благодарение на адаптивното управление
се постига постоянен много висок КПД. Това означава, че
се намалява консумираната от тяговия двигател
електроенергия и се увеличава пробега на електромобила.
Фиг. 2
Друга много важна особеност, която се реализира
от оптималното управление на двигателя е
възможността за рекуперация, т.е връщане на
генерираната по време на спирачните режими ел.
енергия обратно в акумулаторната батерия. При всяко
отпускане на педала на газта, тъй като електромобила
продължава своето движение по инерция, двигателя
преминава в генераторен режим и зарежда батериите на
колата. Само от тази опция, пробега на електромобила
се увеличава с 20-30 %. Това е особено важно за
движение в градски условия, за каквото основно е
предназначен електромобила и където той е поикономичен отколкото при движение по магистрала.
На фиг. 3 е показан запис от проведени изпитания на
които се вижда момента в който тока сменя посоката си
и започва заряда на акумулаторните батерии в спирачен
режим.
Фиг. 3
Електрическата енергия, която се консумира за
собствените нужди на електромобила е значително малка.
Тя трябва да бъде винаги в наличност, за да се гарантира
сигурната работа на всички спомагателни системи и
агрегати на електромобила. За да се осигури тази
възможност на покрива на електромобила е монтиран
фотосоларен поликристален панел. Генерираната от него
електрическа мощност е 200 W, която през контролер се
подава към отделна акумулаторна батерия, захранваща
собствените нужди на електромобила. Специалния
контролер контролира заряда на тази батерия и чак когато
тя е напълно заредена, енергията се подава към тяговата
батерия.
На фиг. 5 е показана монтираната на покрива на
електромобила фотосоларна система. Това техническо
решение има голямото предимство, че за собствени
нужди не се черпи електроенергия от тяговите батерии.
По този начин отново се прилага енергоефективна
технология и също се повишава пробега на
електромобила.
Блок-схема на фотосоларната система
1
6
5
2
Фиг. 4
3
4
Фиг. 5
Разработеният във ВТУ ”Т. Каблешков”
електромобил е проектиран за експлоатация с
литиево-йонни акумулаторни батерии.
Фиг. 6
Друга енергоефективна технология приложена на
електромобила е използването на суперкондензатори,
продукт на съвременните нанотехнологии. Те могат
да отдадат много голяма електрическа мощност за
кратко време, както и да поемат такава. В това
отношение
суперкондензаторите
превъзхождат
всички познати видове акумулаторни батерии. Ролята
на
суперкондензаторите
е
да
подпомогнат
акумулаторните батерии по време на тежките
преходни режими – при потегляне и бързо ускоряване
и спиране.
На фиг. 7 е показан един от суперкондензаторите
използвани на електромобила. Той е с капацитет 500F
при напрежение 24V.
Фиг. 7
Приложение на LED технологии за
пътеуказателите и осветлението на
електромобила.
Фиг. 8 P-N преход и структура на LED
Фиг. 9 Релето наситено с елементи и оживено
Фиг. 10 Релето поставено върху основата за монтиране в таблото на
автомобила
Блок-схема
2
5
1
3
12
13
14
6
11
10
9
7
4
8
Фиг. 11
ЛЕГЕНДА:
1
–
асинхронен
електродвигател;
2 – демфер (гасител);
3 – скоростна кутия;
4 – диференциал;
5 – тягов контролер;
6 – тягова акумулаторна
батерия;
7 – суперкондензатор;
8 – соларен панел;
9 – контролер на соларната
система;
10
–
спомагателна
акумулаторна батерия;
11
–
електрическа
хидравлична помпа;
12 – електрическа вакуум
помпа;
13 – други собствени
нужди;
14
–
DC/DC
преобразувател;
Изводи и заключение
Съвременните енергоефективни технологии
приложени на електромобилите позволяват
чувствително подобряване на техническите им
характеристики. Като ги превръщат в съвременна
алтернатива на класическите автомобили.
На разработеният във ВТУ „Тодор Каблешков”
прототип на електромобил са заложени редица
енергоефективни технологии, които ще могат да
бъдат оценени по време на изпитанията и
експлоатацията му.
БЛАГОДАРЯ ЗА ВАШЕТО
ВНИМАНИЕ!