PROJECT - Feiter 1

[autumn 2012]

/EN: Not available in English! Please visit other pages.

Elektrický skúter z dielne FEI, STU – „Feiter 1“

Túžba po "dotyku" s praxou bola základným stimulom k vzniku myšlienky, ktorej viditeľná podoba dostala názov "Feiter 1".

Štúdium na vysokej škole je často náročné, ale potreba získania teoretického základu je nepopierateľná. Inžinierske štúdium má navyše prispieť k rozvoju špecifického spôsobu myslenia - k sledovaniu komplexných súvislostí, príčin a dôsledkov. Riešenie úloh z praxe značne prispieva k rozvoj takéhoto myslenia.

Realizovanie prvotnej myšlienky umožnila spoločnosť Kia Motors Slovakia, s.r.o., prostredníctvom Nadácie Pontis. Poskytnuté štipendium pre podporu diplomovej práce bolo schválené dňa 8.12.2011.





Finalizácia projektu z názvom "Riadenie spolupráce kombinovaných zdrojov energie pre elektrický pohon automobilu" prebehla v júli, roku 2012 a jej výstupom bol funkčný elektrický skúter.

Priebeh projektu:

  1. Štúdium problematiky z dostupnej literatúry
  2. Návrh trakčného systému pre zvolenú konštrukciu elektrického skútra
  3. Vytvorenie geometrických a matematických modelov
  4. Simulácie
  5. Objednanie komponentov
  6. Zostavenie elektrického skútra

Návrh trakčného systému spočíval vo výpočtoch potrebných parametrov.
Vypočítané boli nasledovné parametre:
  • potrebný výkon elektromotora
  • potrebný výkon a kapacita modulu akumulátorov
  • potrebný výkon a kapacita modulu superkodenzátorov
Na základe prvotného návrhu boli vypracované matematické a geometrické modely všetkých komponentov elektrického trakčného systému skútra, vrátanie algoritmu riadenia spolupráce dvoch použitých zásobníkov elektrickej energie.

Pri návrhu a simuláciách boli použité softvérové prostriedky virtuálneho prototypovania:
  • Mathworks - MATLAB, Simulink (tvorba matematických modelov a simulácie)
  • Dassault systemes - CATIA (tvorba geometrických modelov a návrh zásahov do pôvodnej konštrukcie skútra)
Ukážky zostavených matematických a geometrických modelov znázorňujú nasledovné obrázky.
Obr. 1 Geometrický model skútra - rozmiestnenie komponentov trakčného systému: 1 – trakčný elektromotor, 2 – riadiaci člen elektromotora, 3 – modul akumulátorov, 4 – modul superkondenzátorov

Obr. 2 Geometrický model použitej konštrukcie skútra v pôvodnej podobe

Obr. 3 Zostavený matematický model modulu superkondenzátorov

Obr. 4 Zostavený matematický model modulu akumulátorov

Obr. 5 Navrhnutý algoritmus riadenia

Obr. 6 Komplexný matematický model trakčného systému elektrického skútra 

Získané výsledky simulácií pohybu elektrického skútra zobrazujú nasledovné obrázky.
Obr. 7 Porovnanie priebehu intenzity elektrického prúdu trakčného elektromotora počas jedného úseku simulácie jazdy elektrického skútra  
Obr. 8 Porovnanie priebehov viacerých elektrických veličín týkajúcich sa modulu akumulátorov a superkondenzátorov, počas jedného úseku simulácie jazdy elektrického skútra


Po ukončení návrhu a dosiahnutí požadovaných parametrov v simuláciách boli vybrané komponenty trakčného systému objednané. Po ich doručení bol v priebehu 2 mesiacov zostrojený funkčný vzor elektrického skútra, nazvaný "Feiter 1".

Obr. 9 Finálna podoba elektrického skútra "Feiter 1"

Technická špecifikácia Feiter-a

Trakčný systém pozostáva z jednosmerného bezkefového elektromotora (BLDC) a hybridného
 zásobníka energie.

Trakčný elektromotor s nominálnym výkonom 1 kW a maximálnym krútiacim momentom 80 Nm je zabudovaný v kolese a dosahuje účinnosť 86% pri 600 ot./min.
Maximálna rýchlosť skútra je odvodená od maximálnych otáčok elektromotora a polomeru kolesa a vynáša až 55 km/h. Skutočná maximálna rýchlosť skútra je však obmedzená elektronicky na 35 km/h. Prevzatá nosná konštrukcia nebola dimenzovaná pre rýchlosti nad 40 km/h.
Elektrická energia potrebná pre pohon je uskladnená v hybridnom zásobníku, ktorý pozostáva z modulu akumulátorov a modulu superkondenzátorov. Celková kapacita primárneho zásobníka – modulu akumulátorov je 200 Wh a priemerná spotreba energie počas jazdy, získaná zo simulácií rôznych jazdných cyklov je 15 Wh/km. Z čoho vyplýva odhadovaný dojazd skútra – 13 km. Pri jazde konštantnou rýchlosťou dojazd skútra môže dosiahnuť hodnoty až 18 km.
Energetická kapacita sekundárneho zásobníka – modulu superkondenzátora je oveľa menšia a predstavuje 1 Wh. Napriek tomu výhodou použitia superkondenzátorov je ich schopnosť rýchlo prijať a vydať energiu. Táto ich vlastnosť sa využíva pri rekuperačnom brzdení a následne pri akcelerácii. Ďalšou vlastnosťou superkondenzátorov je veľký pracovný rozsah napätia, z čoho vyplýva potreba implementácie dynamického DC/DC meniča. Zostrojený bol menič, ktorého vstupný rozsah napätia je 15 až 30 V, pričom výstupné napätie je stabilizované na hodnote 52V.
Zostrojený elektrický skúter teraz predstavuje jednoduchú platformu, na ktorej je možné realizovať ďalší výskum a vývoj v oblasti elektromobility. V súčasnosti prebieha návrh systému manažmentu pre modul akumulátorov a modul superkondenzátorov. Následne je naplánovaný vývoj nového riadiaceho systému spolupráce týchto modulov. Viac informácií o priebehu ďalšieho vývoja je možné nájsť na stránkach tochto blogu.
Zostrojený elektrický skúter získal na veľtrhu EloSys (medzinárodnom veľtrhu elektrotechniky, elektroniky, energetiky a telekomunikácií, v Trenčíne) cenu „Ekologický počin roka 2012“.
Obr. 10 Získané ocenenie na veľtrhu EloSys 2012 prevzal autor projektu Ing. Eduard Ribar

Na realizácii elektrického skútra sa zúčastnili:


  • Ing. Martin Bugár - vedúci diplomovej práce, hlavný odborný konzultant v oblasti matematického modelovania a hybridizácie zdrojov elektrickej energie.




  • Samuel Tančár - odborný asistent projektu, autor a zhotovovateľ DC/DC meniča pre modul superkondenzátorov.


  • Ing. Filip Noge - odborný konzultant v oblasti matematického modelovania a simulácií.


Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára