Reklama

Mechanika - Żródła napędu - silniki stosowane obecnie oraz w przyszłości

Volkswagen e up! - elektryczny układ napędowy

dokument
pobierz +

e-up! napędzany jest kompaktowym silnikiem elektrycznym (60 kW/82 KM), który zasilany jest przez baterię litowo-jonową, wbudowaną w podłogę między osiami. Siła napędowa silnika elektrycznego jest przenoszona przez 1-biegową przekładnię na przednie koła. Przekładnia i silnik elektryczny produkowane są w zakładach Volkswagena wytwarzających komponenty.

Bezemisyjna efektywność . Ze średnim zużyciem energii 11,7 kWh/100 km e-up! jest najoszczędniejszym samochodem elektrycznym na rynku. W cyklu NEFZ rozwija zasięg od 120 do 160 kilometrów (przy bardzo niskich temperaturach zewnętrznych zasięg może być mniejszy). Ta wysoka efektywność wynika z jednej strony z bardzo dobrej, jak na samochód tej wielkości, wartości współczynnika oporu powietrza 0,308 (minus 4 procent w porównaniu z take up!) i zoptymalizowanego oporu toczenia (minus 7 procent). Z drugiej strony oszczędne podzespoły napędowe oraz wiele nowych elementów wyposażenia zużywają bardzo mało prądu. Do nowych, innowacyjnych rozwiązań należy inteligentne sterowanie automatyczną klimatyzacją oraz cały układ wysokowoltowy. Z masą pustego pojazdu 1.139 kg e-up! mimo baterii jest naprawdę lekki.

Silnik elektryczny i przekładnia

12.000 obr./min. Silnik elektryczny rozwija moc długotrwałą 40 kW/54 KM (2.800 do 12.000 obr./min). Maksymalna moc wynosi 60 kW/82 KM (także między 2.800 a 12.000 obr./min). Natychmiast po uruchomieniu silnik generuje maksymalny moment obrotowy 210 Nm (do 2.800 obr./min).

Silnik synchroniczny. Silnik elektryczny e-up! to synchroniczna maszyna z magnesami stałymi (PSM) ze zoptymalizowaną pod kątem tarcia, 1-biegową przekładnią. Jednostka napędowa powstała we ścisłej współpracy między Działem Rozwoju Technicznego w Wolfsburgu i Działami Rozwoju zakładów Volkswagena w Kassel i Hanowerze. W zakładzie w Kassel produkowane są stojany (stały elektromagnes), rotory i przekładnie. Odlewnia w Hanowerze wytwarza skomplikowaną, chłodzoną płaszczem wodnym obudowę silnika.

Wysoka sprawność . Podczas prac rozwojowych stopień sprawności silnika elektrycznego był nieustannie optymalizowany. W momencie rozpoczęcia produkcji seryjnej e-up! udało się Volkswagenowi osiągnąć sprawność uznawaną za najlepszą w klasie. Generalnie stopień sprawności silników elektrycznych wynosi około 90 procent, jest zatem znacznie wyższy, niż w silnikach spalinowych. Biorąc pod uwagę fakt, że silnik elektryczny i przekładnia zostały umieszczone w jednej obudowie z zachowaniem bardzo wysokiej jakości zazębiania, jednostka napędowa jest wyjątkowo cicha i zwarta. Sama przekładania posiada jeden stały bieg do przodu. Do jazdy do tyłu zmieniane są po prostu bieguny silnika, czyli silnik pracuje w przeciwnym kierunku. Jak w normalnych samochodach, kierowca ma do dyspozycji stopnie D i R oraz naturalnie N i P. Pozostałymi komponentami przekładni są: mechanizm różnicowy, bardzo szybko obracający się wał silnika (12.000 obr./min) oraz niezwykle lekka, mechaniczna blokada postojowa.

Bateria litowo-jonowa

204 ogniwa w 17 modułach . Litowo-jonowa bateria e-up! waży 230 kg i składa się z 17 modułów, a każdy moduł z 12 ogniw. Te 204 ogniwa dają napięcie nominalne 374 V i energię nominalną 18,7 kWh. Maksymalnie ogniwa generują moc nominalną 75 kW; moc stała to 35 kW. Mierząca 1.726 mm długości, 1.132 mm szerokości i w najwyższym miejscu 303 mm wysokości bateria jest wbudowana w podłogę e-up! w sposób optymalnie wykorzystujący miejsce. Ogniwa systemu baterii, w porównaniu z innymi ogniwami litowo-jonowymi znanymi np. ze sprzętów domowych, są wyjątkowo odporne na niskie i wysokie temperatury, więc niepotrzebne jest oddzielne chłodzenie lub ogrzewanie. Tak samo jak silnik elektryczny i przekładnia, także system baterii, jego elektronika oraz odpowiednie oprogramowanie sterujące zostały opracowane przez Volkswagena.

Elektronika mocy

Niezbędny element w przepływie energii . Kolejną istotną częścią układu napędowego jest tak zwana elektronika mocy. Skomplikowany moduł waży w e-up! 10,5 kg i jako łącznik steruje przepływem energii wysokowoltowej między silnikiem elektrycznym, a baterią litowo-jonową (w zależności od napięcia baterii między 296 a 418 V). Elektronika mocy zmienia zmagazynowany w baterii prąd stały (DC) w prąd zmienny (AC) i w ten sposób napędza silnik. Ponadto przetwornica DC/DC zasila instalację elektryczną samochodu prądem o napięciu 12 V. Do modułów układu elektroniki mocy zastosowanego w e-up! (LE 2.3) należy płyta sterująca falownika impulsowego, przetwornica DC/DC, kondensator obwodu pośredniego i sterownik.

Przewody fazowe i trakcyjne . Elektronika mocy jest połączona z silnikiem elektrycznym typowym dla samochodów elektrycznych, żółto-pomarańczowym przewodem trójfazowym. Bateria litowo-jonowa połączona jest dwoma przewodami trakcyjnymi.

Zamiana prądu stałego w zmienny . Omawiając sposób sterowania przez układ elektroniki mocy należy zasadniczo rozróżnić dwa różne stany pracy silnika elektrycznego: tryb silnika (napęd) i tryb prądnicy (rekuperacja). W trybie silnika elektronika mocy zmienia zmagazynowany w baterii prąd stały (DC) poprzez tranzystory wysokiej mocy w trójfazowy prąd zmienny (AC). W trybie prądnicy natomiast następuje prostowanie prądu zmiennego do ładowania baterii; elektronika mocy przypomina rodzaj zaworu, który pozwala na przepływ prądu tylko w kierunku ładowanej baterii. Maksymalny prąd fazowy elektroniki mocy jest ograniczony w e-up! do 385 A.

Zamiana wysokiego napięcia w napięcie 12V . Zintegrowana z elektroniką mocy przetwornica DC/DC 2,5 kW jest odpowiedzialna za zasilanie instalacji samochodu napięciem 12V i pracuje przy tym jak transformator. Sieć wewnętrzna 12V i sieć wysokowoltowa są od siebie całkowicie oddzielone. Ponadto elektronika mocy obejmuje sterownik dla pracy oprogramowania sterującego oraz interfejs CAN do komunikacji między modułami sterującymi. Jeszcze jednym zadaniem, jakie musi wypełnić układ elektroniczny, to tłumienie tak zwanych uderzeń obciążeń napędu (np. przy szybkim przyspieszeniu) przez odpowiednią regulację momentu obrotowego.

Elektromechaniczne wspomaganie siły hamowania

Współpraca układu hamulcowego i hamulca silnikowego . Samochody elektryczne są wyposażone z zasady w dwa układy hamulcowe, pracujące niezależnie od siebie. Tak jak w samochodach tradycyjnych, mechaniczno-hydrauliczny układ hamulcowy zapewnia hamowanie. Jednocześnie silnik elektryczny przy rekuperacji działa jak hamulec silnikowy. Te dwa sposoby hamowania łączą się w nowym e-up! dzięki elektromechanicznemu wzmacniaczowi siły hamowania (e-BKV).

Zadanie e-BKV. Niezależnie od trybu rekuperacji (D1, D2, D3 i B), silnik elektryczny w trybie prądnicy – w zależności od prędkości obrotowej oraz temperatury i stanu naładowania baterii – generuje moment hamujący na kołach. Zmienne parametry – prędkość obrotowa i stan baterii – prowadzą do niestabilności elektrycznego hamowania. Wahania te muszą być hydraulicznie kompensowane, a stopień hamowania dostosowany do wywołanej przez kierowcę siły hamowania. Niezbędne do tego sterowanie układem hamulcowym nosi nazwę Brake Blending i jest realizowane przez nowy e-BKV. Volkswagenowi udało się maksymalnie wykorzystać potencjał redukcji prędkości przez silnik elektryczny w celu zwiększenia zasięgu e-up! przy danym stanie naładowania baterii.

Chroniony układ hamulcowy . Ponieważ większa część procesów hamowania to hamowanie z małą lub średnią siłą, mogą być one realizowane przez silnik elektryczny, co oszczędza „normalny” układ hamulcowy.

inf/zdjęcia/filmu VOLKSWAGEN

Zasoby powiązane


Reklama