Embed Size (px)
Citation preview
‚
Automobilul electric
www.referat.ro
Cuprins
1. Istoria automobilului electric
2. Generalitati
3. Modele de automobile electrice
3.1. Chevrolet Geo Prism 1994 EV
3.2. Tesla Roadster
4. Comparatie intre automobile electrice
5. Parti componente. Descriere amanuntita
5.1. Controler (Chopper/Invertor)
5.2. Motorul electric
5.3. Baterii
5.3.1. Tipuri de baterii
5.3.2. Utilizarea supracondensatoarelor
6. Concluzii. Avantaje si dezavantaje
7. Bibliografie
1. Istoria autovehiculului electric
Istoria autovehiculului electric a inceput la mijlocul anilor 1800 si a tinut recordul
de viteza terestra pana in 1900. Pretul ridicat si scazut al vehiculelor electrice a fost
comparat mai tarziu cu cel al vehiculelor cu combustie interna cauzat de declinul mondial
al folosirii lor, si a fost recent adus in fata opiniei publice.
Origini si dezvoltari
Thomas Edison si masina electrica , 1913
Motivul puterii electrice a inceput cu o mica cale ferata comandata cu un motor
electric in miniatura construit de Thomas Davenport in 1835. In 1838, un scotian pe
nume Robert Davidson a construit o locomotiva electrica care a atins viteza de 4 mph. In
Anglia un patent a fost acordat in 1840 pentru folosirea sinelor pe post de conductoare si
un patent american a fost editat de Lille si Colten in 1847. Intre 1832 si 1839 Robert
Anderson a inventat primul vagon electric nefinisat, alimentat cu baterii primare
nereincarcabile.
Masinile electrice au inceput sa devina populare datorita zgomotului redus si
mersul lin decat al altor masini. Dupa imbunatatirile aduse bateriilor, masinile electrice
au inceput sa infloreasca. Oricum acestea erau doar in Europa. Pana in 1890 nu a acordat
atentie sporita dezvoltarii acestei tehnologii. Doi constructori diferiti de automobile A. L.
Ryker si William Morrison in 1891 a adus automobilul electric in centrul atentiei in
America.
Prima aplicatie comerciala a unei masini a fost in 1897 cand Electric Carriage
&Wagon Company din Philadelphia a construit taxiuri pentru parcul auto al New York-
ului. Pana in 1899, automobilele electrice a detinut recordul la viteza. La trecerea in
secolul XX erau produse de Anthony Electric, Baker Motor Vehicle, Detroit Electric,
Woods Motor Vehicle si altii la un moment dat vor scoate de pe piata autovehiculele cu
combustie interna.
Trenurile electrice erau folosite pentru transportul carbunelui din mine deoarece
nu consumau pretiosul oxigen. Elevetia ducea lipsa de resurse de carbune ceea ce ia fortat
sa electrifice reteaua de linii ferate foarte rapid. In 1916 , Woods a inventat prima masina
hibrida, combinand motorul electric cu cel cu combustie interna.
Inceputul secolului XX a fost apogeul automobilului electric american. Multe
fabrici au contribuit la caderea automobilului electric, dar lovitura finala se pare ca au
dat-o producatorii automobilelor cu combustie interna prin Henry Ford. Productia in
masa a automobilelor costa mai putin de jumatate decat orice masina electrica.
Automobilul electric a fost declarat mort pana in 1960.
Criza petroliera a capatat interes pentru descoperirea altor carburanti. Multe
companii au decis sa reinnoiasca automobilul electric pentru transportul coletelor postale.
Guvernele din intreaga lume a fortat industria petroliera sa protejeze mediul inconjurator.
Multe legi au influentat la scara mare constructorii de automobile sa dezvolte prototipuri
ale automobilului electric. Multe modele cum ar fi Toyota Prius au devenit extrem de
populare. Cu toata speranta preturile automobilelor electrice vor scadea si astfel vom
proteja mediul inconjurator.
Europa
Modelul canadian Dynasty EV cu 4 usi “automobilul electric de cartier”
Modelul Citroen Berlingo dube electrice ale ELCIDIS (serviciu de distributie
bunuri in La Rochelle, Franta)
Minidubele electrice produse de Micro-Vett aveau la baza modelul Piaggio
(Issuzu) vehicul care a inlocuit motoarele cu combustie interna pentru serviciile de
distributie in Roma
Franta a vazut marea dezvoltare a autovehiculelor electrice pe baterii in 1990; cel
mai de succes model fiind Peugeot Partner/Citroen Berlingo, din care cateva mii au fost
construite, in mare parte pentru parcul auto al municipalitatii.
Trei parteneri (Heuliez, Dassault and Hydro-Quebec) si-au unit eforturile si au
lansat o companie Societatea de Vehicule electrice care au construit cateva versiuni de
Cleanova.
In Norvegia vehiculele cu zero emisie sunt scutite de taxe si pot folosi banda
autobuzelor pentru circulatie.
In Elvetia, vehiculele electrice sunt populare printre utilizatorii privati. Din 1985
pana in 1995 era un concurs annual la care participau nuami vehicule electrice solare,
numit Tour de Sol (Turul Soarelui). Rezultatele obtinute au dus la dezvoltarea vehiculelor
folositoare si stilate, cele mai multe avand unul sau 2 scaune si 3 roti. Unele vehicule
aveau sursa de energie exclusiv pe baza celulelor solare, altele forta umana, dar cele mai
multe foloseau indirect energia solara, introdusa intr-o retea nationala care avea puncte de
acces numite Park & Charge la care era conectata si Germania si Austria.
In Marea Britanie, Londra, vehiculele electrice sunt scutite de taxa de incarcare
desi aceastea trebuiesc inregistrate si platit anual 10 lire. Cu 8 lire platite zilnic la fiecare
incarcare ar putea aduce o economie anuala de 2000 de lire, acesta este motivul principal
pentru care vehiculele electrice sunt cele mai vandute in Londra. Cel mai popular
autovehicul al momentului este Reva G-Wiz, 750 fiind pe sosele din mai 2007.
In majoritatea oraselor din Regatul Unit, camioanele pentru transport produse
lactate sunt autovehicule electrice. Un grup pe nume Battery Vehicle Society organizeaza
regulat curse si evenimente pentru vehiculele construite acasa. Inventatorul Clive Sinclair
a dezvoltat un autovehicul extrem de ieftin , cu 3 roti, numit Sinclair C5. Acesta a generat
un enorm val de publicitate dar nu a fost de ajuns ca sa dezvoltareae in serie a acestui tip
de autovehicul.
In Italia toate autovehiculele electrice sunt scutite de taxe si au o reducere
substantiala la asigurare. In majoritatea oraselor colectatea gunoaielor este facuta de
camioane electrice. Mai departe accesul in zonele istorice din centrele anumitor orase,
este permis numai cu vehicule electrice (Ca si in Roma).
2. Generalitati despre autovehicule electrice
In principiu, orice automobil care are motor de tractiune electric este considerat
automobil electric. Sursa de alimentare, aflata pe vehicul, poate fi de diverse tipuri, insa,
pentru majoritatea covarsitoare a automobilelor electrice realizate pana in prezent, sursa
este o baterie de acumulatoare electrice.
Vehiculele electrice au, fata de vehiculele cu motoare termice, o serie de avantaje
notabile, si anume:
reducerea drastica a poluarii chimice si fonice;
posibilitatea de utilizare a unor sisteme de actionare sofisticate, oferite de cele mai
moderne realizari in domeniul actionarilor electrice;
posibilitatea realizarii comode a sistemelor de franare antiblocante, prin utilizarea
franarii electrice; daca franrea este recuperative, se face si o importanta economie de
energie;
posibilitatea de actionare individuala a rotilor (eventual, prin inglobarea motoarelor
de tractiune in roti, realizand asanumitele motoroti); aceasta conduce la simplificarea
sistemelor de transmisie, cea mai importanta fiind eliminarea diferentialului mecanic.
Principalele probleme pe care le pun automobilele electrice si care ingreuneaza,
deocamdata, proliferarea acestora sunt urmatoarele:
densitatea de energie si de putere a acumulatoarelor electrice actuale este semnificativ
mai scazuta decat a combustibililor ( la un automobil pe benzina densitatea de energie
este 10500 Wh/kg, iar la un automobil electric cu acumulator cu plumb-acid
densitatea de energie fiind 161 Wh/kg); aceasta face ca , pe de o parte, autonomia
automobilelor electrice sa fie inferioara celei din cazul automobilelor clasice: 150-250
km, fata de 400-800 km; pe de alta parte, viteza maxima a automobilelor electrice
(100-130 km/h) este mai scazuta decat a automobilelor clasice (cca 200 km/h); de
asemenea, acceleratiile realizate cu automobilele electrice sunt inferioare celor din
cazul automoblielor clasice;
sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi dotate fie
cu acumulatoare
preincarcate, care
sa le schimbe pe cele
descarcate de pe automoblile-
ceea ce pune probleme de
depozitare si de asigurare a unei diversitati de baterii, in functie de tipurile de
automobile existente-, fie cu instalatii de incarcare a bateriilor direct pe automobile;
in ultimul caz, se pune problema timpului de incarcare, acesta fiind de ordinal orelor
pentru o incarcare completa normala (doar pentru incarcari partiale, el poate fi redus
la ordinal minutelor-zecilor de minute);
sunt necesare investitii initiale mari, daca productia automobilelor este de serie mica.
Bateriile de acumulatoare cu energii mari si , mai ales, pilele electrice de
combustie
ofera, insa, noi posibilitati, justificand o reevaluare promitatoare a fezabilitatii vehiculelor
electrice rutiere.
In urmatoarea figura este prezentata schema bloc a unui automobil electric:
Schema bloc a unui automobil electric, avand ca sursa o baterie de acumulatoare
Sistemul de actionare a unui automobil electric trebuie sa satisfaca o serie de
cerinte, cele mai importante fiind prezentate mai jos:
Pentru o baterie data, autonomia automobilului creste daca, pe de o parte, pierderile in
sistemul de actionare sunt mai scazute, iar, pe de alta parte, masa acestui sistem este
mai scazuta ( contribuind, astfel, la scaderea masei totale a automobilului si, implicit,
la scaderea energiei necesare accelerarii si invingerii rezistentei la inaintare a
automobilului); reducerea pierderilor din sistemul de actionare implica utilizarea unor
sisteme de comanda si motoare electrice de tractiune cu randamente ridicate: masa
sistemului de actionare poate fi redusa, in esenta, pe doua cai:
- utilizand acele tipuri de motoare electrice si de convertoare care au puteri
specifice (kW/kg) mari;
- introducand racirea fortata, cu aer sau chiar cu apa, a motorului si a
convertorului ( cu posibilitatea de utilizare a fluidului cald – atunci cand este
necesar – la incalzirea automobilului).
Sistemul de actionare trebuie sa fie cat mai ieftin posibil, tinand seama ca bateriile de
tractiune sunt, inca, foarte scumpe.
Componentele sistemului de actionare trebuie san u necesite - pe cat posibil –
intretinere, pe durata de viata a automobilului (150000-200000 km).
Sistemul de actionare trebuie sa fie fiabil, foarte rezistent la socuri si la vibratii
3. Modele de automobile electrice
3.1. Primul exemplu de automobil electric prezentat va fi unul modificat dintr-un
vehicul de serie (Chevrolet Geo Prism 1994), propulsat de un motor cu combustie interna
(pe benzina).
Acest vehicul este detinut de catre Jon Mauney.
Modificarile care au dus la transformarea intr-un automobil electric:
Motorul cu combustie interna a fost inlocuit cu un motor de curent
alternativ;
Ansamblul ambreiajului a fost scos impreuna cu toba de esapament,
catalizatorul si rezervorul autovehiculului;
Transmisia manuala a ramas montata pe masina functionand numai in
treapa a II-a de viteza;
Motorul de curent alternativ este comandat prin intermediul unui invertor
(P=50 kW, Uin=300 V cc, Uies=240 V ca, trifazat);
Bateriile au fost asezate pe podeaua automobilului;
50 de baterii de 12 V plumb-acid conectate in serie cate 25 pentru a avea
Uin=300 V cc;
Au fost adaugate motoare electrice pentru: pompa de apa, servodirectie,
aer conditionat;
Schimbatoruld e viteze de la transmisia manuala a fost inlocuit cu un
comutator, deghizat intr-un schimbator automat pentru controlul mersului
inainte si inapoi;
Un mic incalzitor electric a fost adaugat pentru a produce caldura;
Un incarcator a fost adaugat pentru ca bateriile sa poata fi
reincarcate.Particularitatea acestui autovehicul consta in faptul ca are 2
sisteme de incarcare: unul normal de 120 V / 240 V si unul cu incarcare de
la paleta magnetica inductiva;
Indicatorul de carburant a fost inlocuit de un voltmetru;
Specificatiile tehnice ale autovehiculului construit:
- autonomie: 80 km;
- acceleratie: 0 – 100 km/h in 15 secunde;
- consum la reincarcare: 12kWh;
- greutatea bateriilor: 500 kg;
- durata de viata a bateriilor: 3 ani.
Pentru a compara costul pe o mila, dintre un autovehicul electric si unul pe
carburant, iata un exemplu: energia electrica in Carolina de Nord este 8 centi/kWh pe
timpul zilei si 4 centi/kWh pe timpul noptii. Inseamna ca pentru o reincarcare completa
costul este de 1 $ ziua si 50 centi noaptea. Pretul carburantului este de 1,2 $ pe galon si
masina merge 30 de mile cu un galon, atunci costul pe o mila este de 4 centi.
In dezavantajul autovehiculului electric sta costul ridica al bateriilor (aproximativ
2000 $). Durata de viata a bateriilor este de 20000 de mile, ceea ce inseamna 10 centi pe
mila.
3.2. Al doilea tip de autovehicul electric se numeste Tesla Roadster, este produs
de Tesla Motors.
Cat de rapida este?
De la 0 – 100 km/h in mai putin de 4 secunde, cu o viteza de varf de 200 km/h.
Deoarece nu are ambreiaj, acceleratia este foarte buna.Nu conteaza in ce treapta de viteza
te afli, acceleratia este mereu instantanee.
Care este autonomia unui autovehicul Tesla Roadster?
Distanta depinde de stilul si conditiile de mers. In general este in jur de 400 km pe
o incarcare (mers combinat: oras + autostrada).
Care sunt avantajele conducerii unei masini electrice?
Reducerea dependentei de combustibil, zero emisii noxe, si un cost de mai putin
de 2 centi pe o mila condusa. Multe zone ofera locuri de parcare speciale ca un
privilegiu pentru automobilele electrice.
Cum functioneaza?
Un vehicul electric nu are o mecanica atat de complexa ca unul ce foloseste motor
cu ardere interna. De exemplu: motorul in 4 timpi al unui automobil conventional are
peste 100 de parti mobile, in comparatie motorul de la Tesla Roadster are doar unul si
anume rotorul. In concluzie, masina transporta o greutate mai mica si are mai putine piese
care se pot defecta in timp. Comparatia nu se opreste numai la partile in miscare, ci
continua cu cosumul de ulei, filtre, ambreiaj, bujii, filtru de aer, pompa de apa,
catalizator, toba de esapament etc., toate aceste necesitand service. Toate aceste
componente nefiind necesare unui autovehicul electric.
Sistemul de stocare a energiei (ESS)
Atunci cand se doreste construirea unei masini electrice foarte performante, cea
mai mare provocare o reprezinta inca de la inceput, bateriile. Complexitatea lor este
clara: sunt grele, scumpe si ofera o putere limitata. Are o calitate care eclipseaza toate
aceste dezavantaje: e curat din punct de vedere ecologic.
Blocul de baterii de la Tesla Roadster, reprezinta cea mai mare inovatie pe care au
descoperit-o cei de la Tesla Motors, fiind cele mai avansate tipuri de baterii din lume,
combina tehnologia bazata pe Litiu-Ion cu un bloc de baterii unic care prezinta mai multe
straturi de izolatie. Sunt usoare, durabile, reciclabile si sunt capabile sa dezvolte
suficienta putere pentru a accelera autovehiculul de la 0 – 100 km/h in 3,9 secunde.
Motor
Multor oameni le este greu sa creada ca Tesla Roadster invinge la acceleratie un
Lamborghini, fiind propulsat de un motor electric de marimea unui pepene verde.
Mai important decat greutatea motorului este randamentul acestuia. Motoarele
construite de Tesla Motors au o eficienta de 85 – 95 %.
Transmisie
Tesla Roadster are doar 2 viteze si iti permite sa poti sa conduci dupa bunul plac,
indiferent daca folosesti treapta de viteza adecvata sau nu, deasemenea nu exista pedala
de ambreiaj. Odata cuplata in viteza din schimbator, invertorul comanda motorul.
Sistemul Electronic de Comanda al motorului
Majoritatea subsistemelor instalate pe Tesla Roadster sutn in totalitate comandate
electronic sub supravegherea permanenta unui calculator de bord. Toata partea de
comanda este integrata intr-un DSP. El controleaza cuplul motorului, reincarcare,
franarea recuperativa si monitorizeaza tensiunea furnizata de baterii, turatia motorului si
temperatura.
4. Comparatie intre automobile electrice
ESCOMOTO
Specificatii tehnice:
Caroseria: Cadru din otel + fibra de sticlaTip tractiune: Tractiune roti fataSistem franare hidraulic pe disc pentru cele 4 rotiGreutate neta: 380kg (fara baterie)Viteza maxima: 70 km/h(poate fi restrictionata sub 40 km/h)Distanta de franare: < 6 m
Autonomie: 120 kmTimp de incarcare: <= 10 hFrana de parcare: frana de mana pe rotile din spateControlul vitezei: Control prin pedala /automatMotor: 72V AC 6.5 kw (motor sincron trifazat fara perii)Sistem electric: 12V DCIncarcator: 72V 25A(CE)Comanda: 72VBaterie: 12V 120 AH * 6 plumb-acidTip baterie: baterie plumb-acid Greutatea bateriei: 200 kgViata bateriei: reincarcare pana la 500 de oriSistemul de suspensii: suspensie independenta pe cele 4 rotiSistem de directie: cu cremaliera
Tesla Roadster
Specificatii tehnice:
Stil: 2 locuri, decapotabila, tractiune spate;
Autonomie: 400 km;
Viteza maxima: 200 km/h;
Durata de viata a bateriilor: 100000 mile;
Timp de incarcare: 3,5 h;
Tip baterie: Litiu-Ion;
Acceleratie: 0 – 100 km/h sub 4 secunde;
Frane: pe disc cu ABS la fiecare roata;
Motor: trifazat, 4 poli, 185 kW, turatie maxima 13000 rpm, franare recuperativa;
Greutate totala: 1000 kg.
Pretul de baza: 98000 $
Honda EV +
Specificatii tehnice:
Motor: cc fara perii;
Putere: 49 kW;
Cuplu: 275 Nm;
Turatie maxima: 8750 rpm;
Tensiune: 288 V;
Nr. Locuri: 4;
Baterie: 12 V NiMH;
Nr. Baterii: 24;
Incarcator: Uin=110/220 V ca , Pies=1,1/4,2 kW;
Timp de incarcare: 6 – 8 h (220 V);
Transmisie: o singura viteza;
Autonomie: 200 km;
Acceleratie: 0 – 50 km/h in 4,9 secunde;
0 – 100 km/h in 17,7 secunde;
Viteza maxima: 140 km/h
Wrightspeed X1
Specificatii tehnice:
Motor: trifazat de ca;
Putere: 176 kW sau 236 CP;
Turatie maxima: 13300 rpm;
Greutate: 700 kg;
Transmisie: o singura treapta de viteza, fara ambreiaj;
Acceleratie: 0 – 100 km/h in 3 secunde;
Viteza maxima: 180 km/h (limitata electronic);
Autonomie: 160 km (in mediu urban);
Incarcator: Uin= 100 – 250 V la 50 sau 60 Hz si curentul ajustabil pana la 80 A;
Timp de incarcare: 1,25 h la un curent de 80 A.
Ventui Fetish
Specificatii tehnice:
Motor: trifazat de ca;
Putere: 180 kW;
Transmisie: o singura treapta de viteza, fara ambreiaj;
Acceleratie: 0 – 100 km/h in 3 secunde;
Viteza maxima: 160 km (limitata);
Autonomie: 250 km;
Durata de viata a bateriilor: peste 2000 de reincarcari;
Timp de reincarcare: 3 – 4 h;
Tipuri de franare: frane pe disc (ventilate pe fata si normale pe spate) si franare
recuperativa cu aportul energiei recuperate in baterii;
Greutatea bateriilor: 248 kg;
Greutatea totala: 980 kg;
Caroserie: fibra de carbon.
Tabel comparativ automobile electrice:
NumePutere[kW]
Tip motor
Acceleratie 0 – 100
km/h [s]
Viteza maxima [km/h]
Autonomie [km]
Timp de incarcare
[h]ESCOMOTO 6,5 Mcc - 70 120 < 10
HONDA EV+ 49 Mcc 17,7 140 200 6 – 8
Chevrolet Geo
Prism 1994 EV50 MAS 15 150 80 6 – 7
Tesla Roadster 185 MAS 3,9 200 400 3,5
Venturi Fetish 180 MAS 3 160 250 3 – 4
Wrightspeed X1 176 MAS 3 180 160 1,5
5. Parti componente. Descriere amanuntita.
Un autovehicul electric reprezinta combinatia dintre:
motor electric;
controler;
baterie.
5.1. Controler (chopper / invertor)
Un chopper conectat la baterii alimenteaza mai departe motorul electric de curent
continuu. Atunci cand pedala este apasata la maxim, Chopperul furnizeaza la bornele
motorului intreaga tensiune de 96 V furnizata de baterii. Daca pedala nu este apasata
deloc, atunci chopperul nu comanda motorul, rezulta ca masina sta pe loc. Chopperul
poate furniza motorului o tensiune cuprinsa intre 0 – 96 V in functie de cat de mult este
apasata pedala de acceleratie.
Pedala de acceleratie este conectata la doua potentiometre, care traduc miscarea
de translatie a pedalei intr-un semnal variabil ce comanda chopperul. Chopperul este cea
mai mare componenta asezata sub capota unei masini electrice, dupa cum se vede in poza
urmatoare:
Semnalul dat de potentiometre spune chopper-ului cat de multa putere sa
furnizeze motorului electric. Sunt doua potentiometre din motive de siguranta, chopper-ul
citeste ambele potentiometre si se asigura ca ambele dau acelasi semnal. Daca nu,
chopper-ul nu functioneaza.
Majoritatea choppere-lor functioneaza la o frecventa de 15 kHz pentru a nu fi
auzite de urechea umana. Pulsurile in motor cauzeaza o vibratie a motorului egala cu
frecventa, iar o frecventa egala sau mai mare cu 15 kHz insemnand o functionare
silentioasa a masinii.
Daca autovehiculul este echipat cu un motor de curent alternativ, vom folosi un
invertor, iar schema bloc va arata ca in poza urmatoare:
Invertorul transforma curentul continuu furnizat de baterii, in curent alternativ
trifazat. La un invertor este necesar ca elementele semiconductoare sa fie comandate
decalat cu 60 grade electrice, pentru a evita situatia aparitiei unui scurt-circuit la bornele
bateriei. La un invertor avem nevoie de 6 elemente semiconductoare, fata de unul singur
la chopper, de aici rezulta ca pretul unui invertor este sensibil mai ridicat decat al
chopper-ului.
5.2. Motorul electric
Un autovehicul electric poate fi echipat cu un motor de curent alternativ sau un
motor de curent continuu.
Daca motorul este de curent continuu, atunci el va avea o tensiune de alimentare
cuprinsa intre 96 – 192 V.
Daca motorul este de curent alternativ, atunci el va avea o tensiune de alimentare
cuprinsa intre 240 – 300 V. De obicei sunt trifazate asincrone sau sincrone fara perii.
Cazurile de mai sus sunt generale, deci pot exista si motoare care sa se alimenteze
la alte tensiuni.
Motoarele de curent continuu sunt mai usor de instalat si mai ieftine. In general
un motor are intre 20 – 30 de kW, iar chopper-ul intre 40 – 60 kW (de exemplu: un
chopper alimentat de la 96 V va putea furniza maxim 400 – 600 A). Acest tip de motoare
pot si suprasolicitate pentru perioade scurte de timp, fara sa se deterioreze. Aceasta
caracteristica da autovehiculului respectiv o acceleratie rapida.
Motoarele de curent alternativ sunt folosite aproape in intreaga industrie, deci se
poate gasi mult mai usor unul potrivit si pentru un vehicul electric. In timpul franarii,
motorul se transforma in generator si incarca bateriile prin intermediul invertorului, care
poate functiona si ca redresor.
In urmatorul tabel vor fi prezentate diverse motoare de tractiune:
Tip motor Contacte alunecatoar
e
Cupluspecific[Nm/kg]
Cost Intretinere
Randament
Complexitate
schemacomanda
Motor de c.c cu
excitatie serie
DA scazut mediu
DA scazut scazuta
Motor de c.c cu
excitatie separata
DA scazut mediu
DA scazut scazuta
Motor de c.c cu
DA mediu ridicat
DA mediu scazuta
magneti permanent
iMotor de
c.a. asincron
NU mediu scazut
NU scazut ridicata
Motor de c.c fara
perii
NU ridicat ridicat
NU ridicat scazuta
Motorul cu
reluctanta dublu
variabila
NU ridicat scazut
NU mediu medie
Dintre toate tipurile de motoare electrice, cea mai promitatoare solutie pentru
actionarea considerate se arata a fi motorul de c.c fara perii. Intr-adevar, acest motor nu
are rival in privinta a doua caracteristici importante: randamentul si dimensiunile (masa).
In plus, nu are contacte alunecatoare, implicand, deci, o intretinere foarte simpla.
De asemenea, el permite un reglaj foarte simplu al vitezei; invertorul sau PWM
este actualmente binecunoscut si in continuu progress din punct de vedere al pretului,
fiabilitatii si compactizarii.
Este adevarat ca, deocamdata, pretul acestui motor este ridicat, datorita costului
magnetilor permanenti, dar el trebuie considerat in corelatie cu celelalte costuri: al
energiei consumate de automobil – mai scazuta datorita randamentului mai ridicat si
greutatii mai mici; al schemei de comanda – relativ simpla; al intretinerii foarte putin
pretentioase. In plus, se intrevede o scadere in timp a costului magnetilor permanenti,
ceea ce va determina si o scadere a pretului motorului.
Transmiterea cuplului motor la roti
Una dintre cele mai importante probleme ale tractiunii bazate pe aderenta o
constituie modul de amplasare a motorului de tractiune pe vehicul si de actionare a rotilor
motoare, acesta trebuind sa asigure atat transmiterea cuplului motor, cat si protejarea
motorului de tractiune fata de socurile primite de la calea de rulare. In plus, la vehiculele
cu roti pneumatice, transmiterea cuplului motor trebuie sa se faca astfel incat sa se
asigure independenta rotilor motoare, pentru a reduce uzura pneurilor.
Deseori, parametrii sistemului de transmisie si parametrii electrici si mecanici ai
motorului de tractiune se conditioneaza reciproc. La aceasta contribuie si faptul ca, spre
deosebire de actionarile stationare, gabaritele care stau la dispozitie pe vehiculele
electrice sunt restranse.
Actionarea rotilor motoare ale unui automobil electric poate fi:
individuala, la care fiecare roata motoare este actionata de cate un motor;
colectiva, la care un motor actioneaza un grup de roti.
Solutia clasica de actionare a automobilelor electrice (utilizata si la automobilele
cu motoare termice) este aceea a actionarii collective. Pentru ca, o data cu transmiterea
cuplului de la motor la roti, sa se asigure si independenta rotilor, in acest caz, este
necesara utilizarea unui diferential mecanic, existand diverse solutii pentru realizarea
acestuia. In figura urmatoare este prezentata una dintre cele mai simple solutii.
Principiul constructiv al unui diferential mecanic:
M - motor de tractiune; PN – pinion; RD – roata dintata;
CD – “carcasa” diferentialului; P – planetare; S – sateliti; RM – roti motoare.
Diferentialul propriu-zis este format din “carcasa” CD, rotile dintate-planetare P
si rotile dintate-sateliti S. Cuplul se transmite de la motorul M la carcasa diferentialului,
prin intermediul unui reductor format din pinionul PN – fixat pe arborele lui M – si roata
dintata RD – fixate pe CD (pentru simplitate, s-a considerat ca reductorul are o singura
treapta, cu roti dintate cilindrice). In continuare, cuplul transmis planetarelor (si, implicit,
rotilor automobilului, rigidizate pe axele corespunzatoare ale planetarelor) prin
intermediul satelitilor, acestia din urma putandu-se, eventual, roti in jurul axelor proprii.
In acest fel, se asigura independenta relativa a celor doua roti motoare RM1 si RM2.
Acest sistem are o serie de dezavantaje:
randamentul actionarii este micsorat de frecarile introduse de diferential;
diferentialul contribuie la cresterea greutatii automobilului;
diferentialul are un cost relativ ridicat si necesita o intretinere suplimentara.
Pentru inlaturarea acestor dezavantaje, la automobilele electrice moderne se
utilizeaza
actionarea individuala, fiecare roata motoare avand motorul sau.
In acest caz, al actionarii individuale, cuplul poate fi transmis rotilor motoare in
doua moduri:
direct;
prin angrenaje.
La transmiterea directa, rotorul motorului este solidar (eventual, prin intermediul
unei
transmisii cardanice – permite deplasarea relativa pe verticala intre anumite limite a
rotilor fata de cadrul automoblilului -) cu roata motoare, turatia rotii fiind, deci, egala cu
turatia motorului.
La transmiterea prin angrenaj, intre motor si roata motoare se dispune un
angrenaj reductor, care face ca turatia rotii sa fie inferioara turatiei motorului (raportul de
transmisie it>1).
Transmiterea cuplului de la motorul de tractiune la roti:
a) directa; b) prin angrenaj.
M – motor; RM – roata motoare; R – reductor.
Cu toate ca transmiterea directa a cuplului este mai simpla, ea nu este folosita
decat in cazuri foarte rare – cand simplitatea constructiei este hotaratoare - , avand
urmatoarele dezavantaje esentiala:
demontarea motorului pentru revizii necesita scoaterea rotii motoare;
vitezele uzuale, relativ reduse, de circulatie implica motoare cu turatii reduse;
acestea au, la o putere data, gabarite si greutati mai mari decat motoarele cu turatii
ridicate; la motoarele electrice uzuale, din considerente de gabarit si de utilizare
economica a materialelor active (cupru, fier), viteza periferica a rotorului trebuie
sa fie mai mare de cca 50 m/s; constructive, sa fie cel mult 70% din diametrul
rotii; admitand viteza periferica a rotorului 50 m/s, rezulta ca viteza vehiculului
trebuie sa fie egala cu cel putin (50/0,7) m/s=71 m/s=266 km/h, pentru ca motorul
sa fie bine utilizat.
5.3. Baterii
Dupa cum se stie alimentarea motoarelor de tractiune ale automobilelor electrice
se face, uzual, de la baterii electrice, care in esenta sunt formate prin formarea, in diverse
conexiuni a mai multor elemente – surse electrochimice. Sursele electrochimice
convertesc energia chimica in energie electrica.
Veriga slaba intr-un autovehicul electric o reprezinta bateriile. Sunt cel putin 6
mari probleme ale bateriilor plumb-acid:
sunt grele (un bloc de baterii poate cantari 500 kg);
sunt voluminoase (autovehiculele devin robuste);
au capacitate limitata (poate furniza intre 12 – 15 kWh, ceaa ce poate insemna o
autonomie de 80 km);
procesul de incarcare necesita timp indelungat (aporximativ 10 h);
au o durata de viata relativ scurta (3 – 4 ani, sau 200 de reincarcari);
sunt destul de scumpe (aproximativ 2000 $).
Bateriile plumb-acid pot fi inlocuite cu cele NiMH (nichel hidruri metalice).
Autonomia autovehiculului se va dubla, iar bateriile au o durata de viata de aproximativ
10 ani, dar costul bateriilor este de 10 – 15 ori mai ridicat decat cel al bateriilor plumb-
acid. Cu alte cuvinte, bateriile NiMH costa aproximativ 20000 – 30000 $, iar cele cu
plumb-acid costa doar 2000 $.
Daca privim probleme referitoare la baterii, vom avea o perspectiva diferita
asupra folosirii benzinei si anume: la 7,5 litri de benzina ceea ce inseamna o greutate de 7
kg, costa 3 dolari si dureaza 30 de secunde pentru a o introduce in rezervor; este
echivalentula 500 kg de baterii plumb-acid care costa 2000 $ si dureaza 4 h incarcarea.
Problemele pe care le au bateriile explica de ce se pune accent asupra dezvoltarii
pilelor de combustie. Acestea sunt mult mai mici, mai usoare, poluare chimica redusa,
randament energetic ridicat (60%), densitate masica a energiei ridicata si se reincarca
foarte rapid. Este evident ca autovehiculele viitorului vor folosi motorul electric pentru
tractiune, iar energia electrica necesara va fi produsa de catre pilele de combustie.
5.3.1. Tipuri de baterii
acumulatori plumb-acid;
Caracteristi teoretice:
- tensiunea unei celule : 2,1 V;
- densitatea de energie : masica 161 Wh/kg; volumica 686 Wh/l.
In cazul acumulatoarelor cu plumb-acid uzuale, apa din electrolit se pierde in timp
(prin evaporare, precum si prin descompunereai ei in H2 si O2 care se degaja la electrozi);
de aceea, ea trebuie completata periodic. Pentru evitarea sulfatarii electrozilor,
acumulatoarele trebuie reincarcate imediat dupa descarcarea lor. De asemenea, are loc o
autodescarcare (descarcare fara a avea conectata o sarcina) a acumulatoarelor, ceea ce
impune reincarcarea lor dupa perioade mari de neutilizare. Rezulta necesitatea unei
intretineri pretentioase a acestor acumulatoare.
Tehnologiile moderne permit realizarea acumulatoarelor cu plumb-acid in asa
numita varianta “fara intretinere”. In acest caz acumulatoarele sunt capsulate, au o
constructie adecvata a electrozilor, iar electrolitul este “solidificat”, fie fixat intr-un gel,
fie absorbit in materiale poroase de tip “vata”. La aceste acumulatoare, pierderile de apa
sunt neglijabile, autodescarcarea este foarte redusa (circa 35 % din capacitatea nominala,
dupa 12 luni), iar sensibilitatea lor la descarcari ocazionale outernice, la vibratii si la
temperaturi joase este mult scazuta. Desi folosesc electrozi solidificati, densitatea de
energie mai ales la descarcari rapide si temperaturi scazute este mai mare decat a
acumulatoarelor uzuale. Desigur toate aceste se obtin cu pretul unui cost mai ridicat.
Avantaje:
- sunt relativ ieftine;
- au un numar relativ mare de cicluri de icnarcare – descarcare;
- folosesc pentru electrozi pumbul care este disponibil in cantitati mari;
- se poate realiza in varianta “fara intretinere”;
- exista productie in serie;
- la iesirea lor din functiune, plumbul din electrozi poate fi usor reciclat.
Dezavantaje:
- au densitate redusa a energiei, ceea ce implica greutati si volume mari;
- puterea lor scade odata cu descarcarea;
- capacitatea si energia lor scad, la temperaturi scazute;
- ofera posibilitati limitate de incarcare rapida (incarcarea lor completa se face
pe timp de cateva ore);
- sunt sensibile la supracurenti (de incarcare sau descarcare).
acumulatori Ni-Cd;
Caracteristi teoretice:
- tensiunea unei celule : 1,3 V;
- densitatea de energie : masica 209 Wh/kg; volumica 693 Wh/l.
Dintre celelalte tipuri de acumulatoare, perspectiva de a fi utilizate in tractiune,
datorita energiilor lor specifice ridicate, o au cele cu sodiu-sulf (Na-S), precum si cele
bazate pe litiu (Li). Pentru a obtine o conductivitate suficienta a electrolitului solid este
necesara o temperatura ridicata (intre 300 – 400 oC; uzual 330 oC). Functionarea la o
astfel de temperatura necesita o izolare termica compacta si eficienta. De regula se
foloseste o izolatie termica vacuumata care acopera complet celulele acumulatorului,
lasandu-se doar locuri pentru realizarea conexiunilor electrice. In incinta termica se
instaleaza un incalzitor electric precum si un schimnbator de caldura lichid (pentru
racirea celulelor in cazul unor descarcari puternice).
Avantaje:
- au un numar foarte mare de cicluri de incarcare descarcare;
- puterea lor se mentine relativ constanta dupa o descarcare partiala;
- au o comportare foarte buna la temperaturi scazute;
- ofera posibilitatea reincarcarii rapide (se pot realiza incarcari cu curenti de
pana la 10 In);
- nu necesita intretinere (acumulatoare capsulate);
- exista productie in serie.
Dezavantaje:
- sunt scumpe (datorita costului ridicat al cadmiului);
- pun probleme ecologice, cadmiul fiind toxic;
- incarcarea lor pune probleme la temperaturi ridicate;
acumulatori Na-S;
Caracteristi teoretice:
- tensiunea unei celule : 2,1 V;
- densitatea de energie : masica 792 Wh/kg; volumica 1196 Wh/l.
Principalele obstacole in utilizarea acestor baterii pe automobilele electrice sunt:
numarul redus de cicluri incarcare – descarcare si puterea specifica scazuta la
functionarea continua.
Tabel comparativ pentru baterii
Sistem
Densitate de energie
Wh/kg Wh/l
Putere specifica
W/kg
Nr. de cicluri de incarca -
descarcare
Disponibilitate industriala
Pb-acid 31 – 40 75 – 90 90 – 125 600 – 1000 DaNi-Cd 45 – 58 80 – 95 190 2000 DaNiMH 55 – 60 100 – 130 175 * NuNi-Fe 50 – 60 80 – 95 110 1000 – 1500 NuNa-S 80 – 100 110 – 135 100 – 120 500 Nu
Li 80 – 120 100 – 120 70 >200 Nu
5.3.2 Utilizarea ultracondensatoarelor
Conectand in paralel cu bateria de acumulatoare condensatoare cu capacitati
ridicate (actualmente se realizeaza condensatoare cu dimensiuni rezonabile, avand
capacitati de ordinul a 600 F, la 3 V), acestea din urma pot asigura energiile necesare in
cazul pornirilor vehiculului sau al altor suprasarcini, menajand, astfel, bateria de
acumulatoare si asigurand o autonomie mai ridicata a autovehiculului.
6. Concluzii
Avantaje si dezavantaje ale folosirii autovehiculelor electrice in locul
autovehiculelor cu motoare clasice cu combustie interna.
Avantaje:
- au un cost de exploatare aproape gratuit (circa 1 euro/100km);
- se pot conduce usor, (unele nu au comenzi cu pedale pot fi utilizate si de catre
anumite persoane cu handicap fizic);
- intretinere simpla, usor de manevrat in parcare si de incarcat bateriile;
- nu fac zgomot si nu emana fum, oxid de carbon, metale grele si alte noxe
daunatoare mediului si vietii;
- nu consuma suplimentar la stationarea temporara -in trafic- la semafoare, etc;
- posibilitatea de utilizare a unor sisteme de actionare sofisticate, oferite de cele
mai moderne realizari in domeniul actionarilor electrice;
- posibilitatea realizarii comode a sistemelor de franare antiblocante, prin
utilizarea franarii electrice; daca franrea este recuperative, se face si o
importanta economie de energie;
- posibilitatea de actionare individuala a rotilor (eventual, prin inglobarea
motoarelor de tractiune in roti, realizand asanumitele motoroti); aceasta
conduce la simplificarea sistemelor de transmisie, cea mai importanta fiind
eliminarea diferentialului mecanic;
- au cuplu constant la variatii ale turatiei in limite mari.
Dezavantaje:
- principalul dezavantaj este acela al autonomiei reduse;
- au cost de achizitie ridicat;
- bateria de acumulatori are o densitate de energie scazuta, o durata de viata
relativ mica limitata de numarul de cicluri incarcare – descarcare, timpi mari
de incarcare;
- cheltuielile pentru intretinerea bateriilor sunt destul de ridicate;
- sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi
dotate fie cu acumulatoare preincarcate, care sa le schimbe pe cele descarcate
de pe automoblile-ceea ce pune probleme de depozitare si de asigurare a unei
diversitati de baterii, in functie de tipurile de automobile existente-, fie cu
instalatii de incarcare a bateriilor direct pe automobile; in ultimul caz, se pune
problema timpului de incarcare, acesta fiind de ordinal orelor pentru o
incarcare completa normala (doar pentru incarcari partiale, el poate fi redus la
ordinal minutelor-zecilor de minute);
- sunt necesare investitii initiale mari, daca productia automobilelor este de
serie mica.
7. Bibliografie
1. http://ro.wikipedia.org
2. www.venturifetish.fr
3. www.teslamotors.com
4. www.wrightspeed.com
5. http://www.econogics.com/ev/evhistry.htm
6. http://www.newton.mec.edu
7. http://www.dassault.fr
8. http://sloan.stanford.edu
9. http://mikes.railhistory.railfan.net
10. http://inventors.about.com
11. www.youtube.com
Powered by http://www.referat.ro/cel mai tare site cu referate
