2.3. Выбор электродвигателя для экомобиля
Toyota Passo с бензиновым двигателем 1 л. по паспорту имеет мощность 69 л.с., это соответствует 50,75 кВт. Следует отметить, что бензиновый двигатель развивает максимальную мощность при определённых оборотах, а электрический двигатели обладают высоким диапазоном крутящих моментов в широком диапазоне оборотов; потеря мощности происходит в системе трансмиссии; масса бензинового двигателя и трансмиссии намного выше массы электромотора. Учитывая перечисленные факторы, мощность электродвигателя можно взять на 20% меньше аналогичного бензинового. Следовательно, для движения автомобиля с заводскими скоростными характеристиками будет достаточно 40 кВт электрической мощности. Ранее было сказано, что будет применён принцип распределённой тяги. Значит, для проектируемого экомобиля будем использовать 4 мотор-колеса суммарной мощностью более 40 кВт. Т.е. каждое колесо должно иметь мощность более 10 кВт.
Предлагается в качестве привода использовать мотор-колеса изготовленные с использование асинхронного двигателя со специальным типом обмотки, разработанной Дмитрием Александровичем Дуюновым и защищено серией патентов. [10]
Рисунок 6. Мотор-колесо Дуюнова.
Данный тип двигателей проходит испытание в качестве мотор-колёс для электромотоциклов и является очень перспективным для применения в экотранспорте. В электромотоцикле используется мотор-колесо с максимальной мощностью 12 кВт, предполагается использовать 4 аналогичных мотор-колеса в проектируемом экомобиле.
Рисунок 7. Электромотоцикл с мотор-колесо Дуюнова.
В указанном источнике для управления мотор-колесом используется контроллер Curtis 1232SE 48 V 350 А. Он выдаёт электрическую мощность 48V x 350 A = 16,8 кВт. Следует отметить, что мощность контроллера берётся с запасом, т.к. при разгоне электротранспорта возникают пиковые высокие токи. В проектируемом экомобиле будет 4 мотор-колеса, следовательно необходимо использовать более мощный контроллер. Изучив каталог контроллеров, предлагаем использовать контроллер Curtis 1239E-7621 (108В, 650А) [11]. Его пиковая мощность 108В х 650А= 70,2 кВт. Согласно техническим характеристикам, контролер выдерживает пиковую мощность в течение двух минут, в режиме длительного нагружения он выдерживает 200А, что при 108В аккумуляторной батареи соответствует 21,6 кВт. Максимальная мощность двигателя потребуется при динамичном разгоне автомобиля, в режиме поддержания постоянной скорости необходима меньшая мощность и следовательно более низкая сила тока. Режим вождения с плавным разгоном автомобиля, с последующем поддержанием постоянной скорости является наиболее экономичным.
Рисунок 8. Контроллер Curtis 1239E-7621.
В процессе ходовых испытаний нужно будет проконтролировать электрические параметры выдаваемые контролером, и если они будут выходить за требуемые пределы, его придётся заменить на более мощный.
2.4. Расчёт параметров аккумуляторной батареи
Аккумуляторная батарея должна обеспечить требуемый запас хода. Рассчитать необходимую ёмкость батарее можно зная потребляемую электродвигателем мощность и время движения автомобиля. Мощность, потребляемая в процессе движения есть величина переменная и зависит от большого числа факторов: массы автомобиля, скорости, ускорения рельефа местности и т.д. Для расчёта требуемой ёмкости батареи примем, что автомобиль движется без ускорения по прямой поверхностью со скоростью 60 км/ч. Данный режим является идеальным и в реальных условиях практически невозможен.
N- мощность, Вт.
F- сила, Н
V – скорость, V= 16.7 м/с
m – масса автомобиля, m=1000 кг.
g -ускорение свободного паления, g=9.8 м/с2
f – коэффициент трения, f=0.018 для асфальта
t – время движения, с
S – пройденный путь, м
V – скорость, м/с
Как отмечалось ранее, режим равномерного прямолинейного движения самый экономичный. При движении со скоростью до 60 км/ч сопротивление воздуха не учитывается, при дальнейшем увеличении скорости оно возрастает пропорционально квадрату скорости.
Q – ёмкость аккумулятора, А*ч.
I – сила тока, А
t – время разрядки аккумулятора, t= 2.5 ч.
Р – электрическая мощность, в нашем случае равна механической мощности N, Вт
U – Напряжение аккумулятора, U=108 В, согласно параметрам контроллера
Рассчитанная ёмкость аккумуляторной батареи не учитывает реальные условия движения автомобиля и необходимость использования электроприборов, таких как: освещение, обогрев салона или кондиционер. Поэтому принимаемую ёмкость аккумулятора увеличиваем до 100 А*ч при напряжении 108 А. Пробег на данном аккумуляторе будет завесить от климатических условий, рельефа местности, скоростных режимов и т.д. и рассчитать его теоретически очень сложно. Гораздо проще замерить в реальных условиях при тестировании автомобиле и в случаи необходимости увеличить ёмкость аккумулятора.
Ещё одним направлением увеличения автономности автомобиля является зарядка аккумулятора в процессе движения. Этому будут посвящены дальнейшие изыскания.