Verdák, Motorosport, Tech

Vajon hogy fog dobogni a villany-szív?

07. MX5-ből villamos hajtású autó

2018. június 01. - SzaboAdam

A mostani átépítés célja, hogy az általunk elsődlegesen más célra tervezett akkumulátor csomagokat hatékonyan tesztelni tudjuk. Nem szerettünk volna egy izgalmas, dinamikát sugárzó kasztniba egy unalmas hajtásrendszert pakolni, így a motor és a motorvezérlő teljesítménye összemérhető kell legyen az autó eredeti erőforrásával. Ha maga az átalakítás lenne a fő projekt, akkor 600V-ig bármekkora feszültségű akkumulátort rakhattunk volna az autóba, a kapacitást pedig a cellák fajtája, és a rendelkezésre álló hely határolná csak be. Nekünk azonban most 100Ah-s cellákból épített pakkokat kell tesztelni, és ezekből sem akarunk túl sokat beépíteni, hogy az akku méretéhez viszonyítva relatív nagy legyen a terhelésünk.

Nem ragaszkodunk hozzá, hogy idővel engedélyeztessük a mi kis szörnyszülöttünket, viszont el sem akartuk zárni magunkat ettől a lehetőségtől, így minden egyes fontos döntést ennek tudatában hoztunk meg. Továbbá szeretnénk, ha az autóval élvezetesen lehetne közlekedni alacsony sebességeknél, forgalomba helyezés esetén például a Bömiket meg a Merdzsókat állva tudjuk hagyni a lámpánál, de képes legyen akár a 120-130-as autópályás tempóra is.

6_00.jpg

Az MX-5-be jelenleg beépítendő akkumulátorokkal a rendszerfeszültség 120V, a maximális áram pedig 600A lesz. Mint mindenhol, így sajnos az akkumulátorban is vannak veszteségek, emiatt kellett korlátoznunk az áramot. Ekkora terhelésnél a pakkok belső ellenállása miatt nagyjából 100V lesz a kapocsfeszültség, az akkumulátorokból így kb. 60kVA teljesítményt tudunk majd kivenni. Figyelembe véve egy átlagos motor és motorvezérlő veszteségeit, a csúcsteljesítményt 54kW, azaz 72 LE körül várhatjuk. Ezek alapján már majdnem tudnánk is motort és vezérlőt keresgélni, azonban van még egy nagyon jelentős szempont: a hely. Nagyon jól sikerült a Mazdának egy nagy motort belepaszírozniuk egy kis motortérbe, és mindent ügyesen köré tudtak építeni, és nekünk ezzel a hellyel kell gazdálkodnunk. Az elektromos hajtás jó tulajdonsága, hogy vígan elviszi a hátán a kasztnit akár egyetlen fix áttétellel is, így ha választani kéne, hogy ezt vagy inkább egy 6+1 fokozatú váltót tervezzen valaki az autóba, akkor egyértelmű, hogy melyiket csinálná. 

psx_20180517_150855.jpg

Esetünkben viszont már adott a váltómű, és olyan keskeny maga a váltó és a kardánalagút, hogy oda csak nehézkesen férne be egy megfelelő teljesítményű motor. Hajtóművet is kéne terveznünk hozzá, és nagyon kevés rögzítési pont állna rendelkezésünkre. Mindenki jól tudja már, hogy a villanymotor közel állandó nyomatékot tud leadni széles fordulatszámtartományon, azonban sokan hajlamosak elfelejteni, hogy a teljesítmény a fordulatszám és a nyomaték szorzata, tehát ha nagy sebességtartományban ki akarjuk használni a rendelkezésre álló teljesítményt, akkor az autóban kel hagynunk a váltót. Meg amúgy is tök jó érzés pakolni a fokozatokat, főleg ezzel a határozott, rövid úton mozgó váltókarral. Hol van abban a kihívás, ha csak a gázt kell nyomni?

psx_20180517_150726.jpg

Mivel a kardánalagútba nem pakolhatjuk a villanymotort, így a lehető legkisebb helyet szabad csak elfoglalnia a benzinmotor helyére kerülő akkumulátoroktól. Több motort is kinéztünk, de az alábbiak a leginkább ideálisak, mint potenciális szívimplantátum:

tablazat1_kicsi.png

Az EVDS különlegessége, hogy magyar, és a gyártó ésszerű keretek között egyedi igényekre is hajlandó szabni a motorjait. Az eredeti 1.5 literes szívómotor is 150 Nm-t tud, és 96 kW-ot présel ki magából, viszont csak 7000-es fordulaton, szóval napi használat mellett – főleg, hogy 3000 környékén már sipákol az autó fedélzeti számítógépe, hogy váltani kéne – nem nagyon vennénk észre azt a majdnem 40 kW hátrányt. Három motor közül amúgy a legnagyobb teljesítményű Emrax a legkisebb méretű, majdnem negyed akkora mint versenytársai, köszönhetően az állandómágneses forgórészének (nem véletlenül alkalmaznak a legtöbb elektromos autóban ilyen felépítésű motorokat), így a helyszűke miatt célszerű lenne ezt választani. Ekkor jött a szikra, hogy pár fillérért drágábban van ennek egy bátyja, az Emrax 228 LV, ami 100kW-os csúcsteljesítménnyel és 240 Nm-es csúcsnyomatékkal rendelkezik, miért is ne ezt építenénk be inkább?

6_01.jpg

Forrás: http://emrax.com/wp-content/uploads/2017/01/emrax_208_ip65_03-1024x1024.jpg

Készítettünk is egy nyomaték-fordulatszám diagramot összehasonlítás végett az 1500 köbcentis benzinfalóról (IC) és az uncsi villanyautóról (EV). Egészen 4000 RPM-ig, ahogy azt a kék vonalak mutatják, nagyobb lesz a motorunk nyomatéka, így a teljesítménye is az eredetinél, sőt SOKKal nagyobb, úgyhogy reménykedhetünk benne, hogy nagyon virgonc lesz a kicsike. Sajnos az is látszik a diagramon, hogy magasabb fordulatszámokon alul fog maradni az elektromos Mazda a már 2400RPM-en jelentkező teljesítménykorlát miatt. Ez a járgány már nem fog úgy könyörögni a 7000-es fordulatért, mint amikor a legördült gyártósorról. 

6_02.JPG

Akit érdekelnek az elektromos motorok az itt megnézheti, hogy ez az EMRAX hogyan néz ki belülről. A villanymotort ugyan már megrendeltük, de épp nyersanyag hiányban szenvednek a szlovének, így a szokásosnál többet kell rá várnunk. Hoppá, lehet nem is említettem korábban, hogy bizony a motort szinte a szomszédban, Szlovéniában készítik, így ha bármi gondunk is van vele, nem kell messzire vinnünk. Készítettünk róla egy méretazonos karton modellt, hogy tudjuk helyezgetni, próbálgatni a motortérben, amíg nem nem jön az igazi. Csak, hogy el lehessen képzelni milyen kis pöpp térfogatba van összesűrítve ez a 100 kW és 240 Nm, odatettük a kiszerelt motor mellé a karton Emrax-ot.

img_20180516_142710.jpg

Persze amit megnyerünk a motor méretén, azt általában többszörösen elvesztjük az akkumulátor terén, de akkor is durva belegondolni, hogy mennyi erő szorult egy ilyen kis szerkezetbe. Azonban ahogy a modern belsőégésű motorok, ez sem több egy nagy papírnehezéknél megfelelő motorvezérlő nélkül. Így hát elkezdtünk keresgélni, de nem igazán nagy a választék ilyen paraméterek mellet.

tablazat2_kicsi.png

Ezek közül csak a Kelly elég erős, hogy ki tudja használni a motorban rejlő potenciált, azonban ez érzésre nem több egy hobbi projektbe való eszköznél. Lényegében semmilyen tanúsítvánnyal sem rendelkezik, így a por- vagy vízcsepp állóságra sincs semmilyen garancia, kételkedünk benne, hogy léghűtéssel el tudják érni ezt a teljesítményt egy komolyabb hűtőborda nélkül, meg gyanúsan olcsó a többihez képest. De mégsem akartuk, hogy veszítsünk a teljesítményből, így megkérdeztük a motort gyártó Emrax-ot, hogy ők nem tudnának-e ajánlani egy jó vezérlőt a motorjukhoz. És láss csodát pont tudtak egy (szintén) szlovén céget, akiknek van megfelelő vezérlőjük hozzá, így rendeltük meg végül az EmSiSo emDrive 500-as motorvezérlőt (30-125V, 800A, 100kW). Ahogy a motor, úgy ez is vízhűtéses, így lesz majd egy pár körünk a hűtésrendszerrel is.

img_20180412_153025_hdr.jpg

Azért számítással is ellenőrizni akartuk, hogy ezekkel az alkatrészekkel el fogjuk-e érni a kívánt hatást, elvégre mégis csak mérnökök vagyunk, és a mérnökök ugyebár mérnek számolnak. Szóval csináltunk egy gyorsulás kalkulációt az eredeti benzines és az elektromos rendszerre is egyaránt. Az elektromos autót 100kg-mal nehezebbnek vettük, és a számításaink helyességét az 1.5-ös benzines változat valós 0-100-as idejével ellenőriztük, ami 7.3-7.7 másodperc körüli YouTube videók alapján. Magunkat megnyugtatva, nekünk is hasonló számok jöttek ki. 60 km/h alatt bízhatunk benne, hogy megmarad az autó dinamizmusa, afölött azonban érezhető lesz, hogy kevés akkumulátor fért bele ebbe a kis autóba.

6_05.JPG

A bejegyzés trackback címe:

https://apexnews.blog.hu/api/trackback/id/tr9813829838

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

]{udarauszkasz 2018.06.02. 18:52:14

A passatom hatuljaba nem artana egy ilyen kis elektromos rendszer, kiegeszitene elol a dizelt:) Raadasul egy teljesen fuggetlen rendszer lehetne, barmilyen elsokerekes autoba beepitheto lehetne:)

csakférfi 2018.06.02. 19:37:51

" Mint mindenhol, így sajnos az akkumulátorban is vannak veszteségek, emiatt kellett korlátoznunk az áramot. Ekkora terhelésnél a pakkok belső ellenállása miatt nagyjából 100V lesz a kapocsfeszültség, az akkumulátorokból így kb. 60kVA teljesítményt tudunk majd kivenni. Figyelembe véve egy átlagos motor és motorvezérlő veszteségeit, a csúcsteljesítményt 54kW, azaz 72 LE körül várhatjuk. "

Kamion szinten ezt hogyan lehet megoldani?
Mármint hogy nagyobb teljesítményhez jussunk az egyenáramú motorral szerelt elektromos járműnél?
Ugyanis ezt látom a kihívásnak .
Nem vagyok szakértője az elektronikának,csak laikus szinten.Nem is akarok vitázni.A poszt érdekes és tanulságos.
Azért érdekel a téma!
Mellesleg inkább "vasas" a beállítottságom.
:)

Szzzz 2018.06.02. 22:06:50

@csakférfi:

ezek nem "egyenáramú motorok", hanem szinkrongépek. A fenti motor pl szinuszos hullámformára optimalizált tekercselésű/hornyolású háromfázisú, állandómágneses gerjesztésű gép.
Nagyobb teljesítményhez meg egyszerűen úgy jutsz, hogy több aksit pakolsz be, célszerűen inkább nagyobb feszültségű rendszerben, hogy ne kelljen csilliárd milliárd amperekkel zsonglőrködni, meg ugye kell egy kis teljesítményelektronika, ami az akksi akárhány volt egyenéből a szinuszos formájú, pilllanatnyilag épp szükséges frekvenciájú és feszültségű, sokszázamperes görbeáramot legyártja.
(És közben azért nem árt figyelni az akkura sem, hogy ne legyen túl meleg túl hideg, ne szipkodjunk belőle ki túl sok áramot túl hirtelen, ilyesmik...)
Semmi akadálya a kamionozásnak erős motor és komoly teljesítményelektronika remekül szuperál a százszor erősebb villanymozdonyokban is... csak sok akku kell. nagyon sok.

dukeekud 2018.06.03. 00:24:49

Azt nem ertem, miert jok ezek a valtoaramu motorok ? Nem lenne egyszerubb BLDC-t, kefe nelkuli egyenaramu motort hasznalni. Azoknal nem kell szinuszos valtoaramot eloallitani az egyenarambol, hanem eleg csak az egyenaramot kapcsolgatni. Egyszeruebbnek jobb hatasfokunak tunik.

medvegy 2018.06.03. 05:42:38

@csakférfi: A gond az, hogy a kamionokat leginkább nagy mennyiségű árú szállítására tervezték, hosszú távon. És bár aránylag kicsi a tömeg-teljesítmény aránya pl. egy furgonéhoz képest, de azért a kamionmotorok a legnagyobbak közé tartoznak. Mármost a nagy motorokhoz sok energiára van szükség, pláne hogy az autópályán egyenletes sebességgel haladó kamionnál nem működik a fékezéskori energia-visszatöltés sem, ellentétben a városi forgalomban a személyautókban.
Azaz, vagy árút szállítasz, de csak rövidtávon, vagy messzire mész, de árú helyett akkut cipel a kamion, és persze még ott van azt utántöltés problémája is. Ilyen jelentős mennyiségű energiát csak hosszadalmasan lehet az akkuba tölteni, vagy a gyors töltővel akkora áramokat kell irányítani, hogy az még Pakson is kirántja a lapátot az erőművi mérnökök kezéből. A fizikában ugyanis nincs ingyen ebéd. Egy adott mennyiségű energiát kis áramerősséggel időbe telik áttölteni. Ha feleznénk az időt, az áram minimum a duplája lesz, ha negyedelnénk, akkor a négyszerese, ha a hatásfokromlást nem számítjuk, ha még kevesebb időt szánnánk rá akkor exponenciálisan nőne az áramerősség.
Ha jól emlékszem, a finnek kísérleteznek mostanában egyfajta trolibusz-rendszerű kamion-kötött pályával. A gond az, hogy persze drága a kiépítése, és csak a speciálisan átalakított kamionok tudják használni. Szóval, szükségmegoldás ez is.

medvegy 2018.06.03. 08:57:08

@dukeekud: "Egyszeruebbnek jobb hatasfokunak tunik."

Nem az. Egyrészt a váltóáramú motoroknak magasabb a hatásfoka, a néhányszor 10 kilovattos - egy-kétszer 100 kilowatt tartományban kb. 80-85%, másrészt sokkal strapabíróbbak, a karbantartási igényük is kevesebb.

A gond az áramátalakítóval van. Egyrészt az elektronikus transzverternek eléggé rossz a hatásfoka, elméletileg max. 75%, gyakorlatilag kb. 60% körüli. Az elektromechanikus áramváltónak(motor teker egy generátort) ennél jobb, de ebben a teljesítménytartományban az sem szokott 80% fölé menni.

Sóhajtás Barnabás 2018.06.03. 09:35:05

Ha kiveszitek a benzinmotort, generátorral, szűrőkkel, plusz az üzemanyagtankot, és ezzel "eltűnik" a teljes tank naftának a tömege is, az együttesen nagyobb könnyítésnek tűnik, mint az akkupakk tömege. Jól gondolom?

csakférfi 2018.06.03. 12:02:02

@Szzzz: @medvegy:
Nagyon szépen köszönöm!!
Nem gúnyból mondom....hanem őszintén!
Tehát az lenne a legjobb megoldás....mivel a váltakozó áram hatékonyabb....ha az "akksi" váltóáramot tárolna.
Jól értem?,
Vagy baromság!
:)

Szzzz 2018.06.04. 10:14:45

@dukeekud: a "BLDC" az gyakorlatilag leginkább egy váltóáramú szinkronmotor, csak nem szinusszal hajtod, hanem mindenféle kockaárammal meg sok fázissal. Egy BLDC-nél úgy néz ki a történet, hogy fogod az egyenáramodat, és azt egy teljesítményelektronikával szerteszét szaggatod, és ezeket az impulzusokat kapcsolgatod az állórész pólusaira. a "megszaggatott egyenáramot" másnéven úgy hívjuk, hogy váltóáram. Ennek a fajta nemszinuszos váltóáramnak viszont van egy csomó kellemetlen egyéb tulajdonsága...
De kialakítástól és a vezérléstől függően lehet aszinkronos működésűt is csinálni (fogalmam sincs, hogy van-e értelme, és hogy használják-e bárhol), sőt ha csak egy vasdarabot forgatsz vele, akkor mágneses reluktanciamotort is csinálhatsz "BLDC" -kivitelben...
Pontos hatásfokokat nem ismerem, de bizonyosan nem véletlen, hogy pl az erőművek generátorainak meg a villanymozdonyok hajtására szinkron forgógépeket használnak s nem "BLDC"-t...

Szzzz 2018.06.04. 10:23:24

@csakférfi: Sajnos ez képtelenség, "váltóáraom tárolni" az gyakolraltilag olyan jellegű feladat volna, mint a tihanyi visszhangot eltenni dunsztosüvegbe...
A jó hír, hogy az egyenáramból azért ma már egészen jó hatékonysággal elő tudunk állítani tetszőleges formájú váltakozót.
Semmi mással nincs jelenleg baj, minthogy nem tudunk elég sok energiát elég kicsi tömegű olyan akksiba eltenni, ami kellően olcsó lenne...

csakférfi 2018.06.04. 17:05:05

@Szzzz:
Igen,csak egyenáramot tudunk tárolni akksiban.
Anno Tesla és Edison...ac..vs.dc.
Csak jobb lenne ha "feltalálnák" a váltóáramú tárolást.
Mindazonáltal köszönöm a válaszokat, mégegyszer!
:) :)

bomberman 2018.06.05. 09:05:24

@csakférfi: Nem tudják "feltalál"ni a váltóáramú tárolást, mert az fizikai képtelenség.

Rozgo 2018.06.05. 09:15:22

Tesla tudta, nem tárolni kell, hanem továbbítani az energiát. Kisérleteznek út burkolatba épített vezeték nélküli energia átvitellel is 10kW-nál tartanak, minden emelkedőbe elég lenne, meg kereszteződésbe, és akkor csak szuperkondik lennének az autóban, ami lényegesen könnyebb. youtu.be/Gw6XtzEOlyI

enpera · http://c64blog.wordpress.com 2018.06.05. 10:03:12

"forgalomba helyezés esetén például a Bömiket meg a Merdzsókat állva tudjuk hagyni a lámpánál, de képes legyen akár a 120-130-as autópályás tempóra is."

Ez tényleg RETTENTŐ fontos. Én elég sokmindenkit állva tudnék hagyni a piros lámpánál, mégsem erre verem, normálisan közlekedek.

enpera · http://c64blog.wordpress.com 2018.06.05. 10:05:39

@]{udarauszkasz: dízel nem való személyautóba, vidd a bontóba

ecch 2018.09.15. 23:55:19

Már akkor leesett az állam, amikor abban a rokkantkocsiban megjelent a 17kW-os motor után a 60kW-os. Csak lestem, hogy mivan... hogy az ott az ülés alatt? Az a sárgadinnyeméretű valami?
Itt is, a ti cikketeknél is csak pislogtam, hogy jól látok-e...