Back to site

Kevyt Electric(Osa 2)

Source: http://iqsoft.co.in/Car%20-%20Electric%20Vehicle%20-%20Lightweight%20Hybrid%20Ev%20Design%20(2001).html



Osa 1 Osa 3 Osa 4


1.3.6 pieni auto

Pieni sähköauto on Mini ja Fiat 500 luokkaa. Tällainen ajoneuvo olisi painaa 750 kg ja nopeuttaa 0-50 mph (80 km/h) 12 sekunnissa ja on välillä 80 km lyijyakuille. Moottorin teho on 20 kW huippu. Koska alun perin oli vain vesi akkuja käytettävissä, akun jännite oli vain 120 V DC, jonka seuranta tapahtuneet eri liittimiin akkujen takia elektrolyytin vuoto. Kaksi akkuteknologioiden oli saatavilla:lyijy-ja nikkeli-kadmium ja ajoneuvot suunniteltiin hyötysuhde = 25%, eli 188 kg akkuja jos tehokkuus ilmaistaan ​​akkujen massaa/brutto ajoneuvon massa (lyjyhappoakkujen 60 Ah 120 V 7,2 kWh ja nikkeli-kadmium 85 Ah 120 V 9,9 kWh).


Yksi neljännes MOSFET helikopterit ovat kehittäneet Curtis ja muut toimittaa DC harjattu sarjan moottorit. Suurin etu järjestelmä oli edullinen (esim. lyijyakku £ 900 vuonna 1996; neljänneksessä chopper 500 €, moottorin DC-sarja £ 750). Kuitenkin ilmeistä halpuuden tämä järjestelmä on harhaanjohtava, koska:(a) sopiva uudistumista voi nostaa akun jännitteen 150 V

- Kestämättömälle tasolle joidenkin helikopterit-näin kitka jarrutus käytettiin usein, (b) erillinen akkulaturi tarvittiin. Viime aikoina suljettu akku järjestelmät ovat saatavilla ja paristoja noin 200 V ovat mahdollisia kaksi teknologiaa, lyijy-folio ja nikkelin hydridin. Nämä akkuja käytetään ollessa 600 V IGBT-transistoreita, jotka voivat toimia jännitteellä 350 V DC. Akun kapasiteetti on rajoitettava, jos muita palveluja, kuten matkustamon lämpötilan säätö/valaisin/akku lämmöntuoton hallintaan otetaan huomioon. Pieni moottori ajettu generaattori muuttaa tämän ongelman ja se on ehkä syytä huomata, Honda on saavuttanut täyden CARB hyväksyntää pienestä lean burn kaasutin moottorit havainto, että neula jet linjaus on tärkeää päästöjen valvonnan ja tekee tyhjäksi tarvetta katalysaattoreita.

Kaikki moottoritekniikan ovat elinkelpoinen 196 V, mutta käytännön näkökohta on, että taajuusmuuttajat ovat kalliimpia kuin helikopterit joka muodostaa suosion DC harjattu moottorit/helikoptereita. Vastapainoksi invertteri kustannukset palkkio, elektronisesti kommutoitu koneet on suunniteltu 12 000 rpm, vähentää moottorin vääntömomenttia (DC harjapesurilla 20 kW 5000 rpm, muita 20 kW 12 000 rpm). Toinen hyöty on suurempi transistorin jännite ominaisuus on, että taajuusmuuttajien/helikopterit voivat toimia akkulaturit suunnata pois 220/240 V ilman lisälaitteita. Korkea korko lataus on mahdollista, jos toimitus sallii. Kaikki elektronisesti kommutoitu koneet tarjoavat uudistumista. Moottorin vertailu on taulukoitu on kuviossa. 1,17 (b). Kaikki koneet toimittaa vakio teho (20 kW) yli 04:01 nopeusalueella, joten vaihtamisen tarpeetonta. Induktio/Harjaton moottorit oletetaan käyttää vektorisäätö.

20 Kevyt Electric/Hybrid Vehicle Muotoilu
a.
PM BDC Harjattu PM DC-sarja Switched
pannukakku moottori haluttomuus
Koko (mm) 200 × 100 200 × 100 200 × 175 200 × 150
Paino (kg) 10 10 18 14
Luokitus 3 @ 750 3 @ 750 3 @ 750 3 @ 1500
(KW @ rpm @ V) 40 40 60 70
3 @ 1500 3 @ 1500 3 @ 1500
70 80 80
Tehokkuus 0.3/750 80% 3/750 75% 3/750 70% 3/750 80%
(Moottori 0.75/750 94% 750/750 80% 750/750 70% 750/750 85%
vain 3/1500 93% 3/1500 85% 3/1500 80% 3/1500 85%

(B)

Harjaton Induktio Switched Harjattu
DC PM moottori moottori haluttomuus DC-moottori
Nopeus (rpm) 3000 3000 3000 1250
Vääntömomentti (Nm) yli 64 v. yli 64 v. 154
noustessa:
Nopeus (rpm) 12 000 12 000 5000
Vääntömomentti (Nm) 16 16 38,5
Jännite (V) 150 150 75-150 192
urrent (A) 126-81 164-106 180-90 D 122 D
Teho (kW) 20 20 20 20
Taajuus (Hz) 800 400 800 (Kinovastaavuus 125 Hz)
Paino (kg) 12 25 20 50
Tehokkuus
% @ 3000 95 90 92 (1250) 80
% @ 12 000 97 92 94 (5000) 85
ooling öljy öljy öljy ilma

°C

Kuvio. 1,17 Moottori vertailut kolmen ajoneuvoluokkien (neljä moottori tyyppiä käsitellään myös luvussa 4).

PM (DC) Induktio Switched DC
harjaton moottori haluttomuus Harjaa
Nopeus (rpm) 1000 1000 1000 1000
Vääntömomentti (Nm) 2866 2866 2866 2866
nopeudella (rpm) 4000 4000 4000 4000
Vääntömomentti (Nm) 716 716 716 716
Jännite (V) 380 380 190/380 500 $
urrent (A) 753-486 980-630 1000/500 520
Teho (kW) 300 300 300 300
Taajuus (Hz) 1056 133 266 (133 ekv.)
Paino (kg) 300 600 500 $ 1000
Tehokkuus
% @ 1000 95 93 94 85
% @ 4000 97 95 96 89
ooling öljy öljy öljy ilma
5
1.3.7 HGV

Raskaan ajoneuvon puoliperävaunuilla joka painaa 40 tonnia. Usein pois puhdasta ilmaa järjestelmistä perusteella pieniin numeroihin ne kulkevat mannertenväliset etäisyydet joka vuosi ja ovat suurimmat aiheuttajat NOx ja kiinteiden hiukkasten. Heidän läsnäolonsa koetaan joissa on ruuhkaisella kaupunkialueella moottoriteitä, ja jokainen yleensä tallettaa kaatopaikka-täynnä hiiltä vain ilmakehään päivittäin, teollisuus vähenee kerätä ja tämä aine! Mikä on ratkaisu? Käytä hybridi voimansiirtoratkaisujemme perustuu kaasuturbiini teknologiaan, nämä ajoneuvot olisivat sarjan hybridejä.

Kaasuturbiini/laturi/transistori aktiivinen tasasuuntaaja, kuva. 1,18, tarjoaa kiinteä DC-500 V Tämä tukena akun plus DC/DC-muunnin. Akku 220 V (täysin eristetty) käytetään turvallisuussyistä. Korkealaatuinen lämmöntuoton hallintaan olisi erittäin tärkeää varmistaa pitkäkestoinen akku, 2 tonnia lyijyakkuja yksiköitä tarvittaisiin (144 × 6 V x 110 Ah), jotta voitaisiin tehdä 400 hv ja huipputeho. On todennäköistä, että pääomakustannukset tulisi kompensoida polttoaineen kustannussäästöjä. Toinen etu on, että kaasuturbiinin voi olla useiden polttoaineiden ja toimimasta LNG voi olla erityisen hyödyllistä. Vetävät pyörät ovat yleensä 1 metrin halkaisijaltaan antaa 683 rpm 80 mph. Yleensä on 3:01 keskus vähennyksiä pyörät ja suhteessa 2:1 ja taka-akselin, jolloin moottorin huippunopeus on 4000 rpm. Käännettynä vääntömomentilla tämä tarkoittaa 2866 Nm 1000 rpm, laski 716 Nm 4000 rpm. Kaikki moottorit ovat kannattavia tätä valtaa, mutta kaksi tekijää hallitsevat:() edulliset ja (b) vähän huoltoa. DC harjattu moottorit 3000 tunti harjalla elämä tuskin haastajia! PM Harjaton DC on epätodennäköistä kustannusten perusteella, jotka edellyttävät 36 kg magneetteja 2900 Nm:n vääntömomentin. Sekä oikosulkumoottoreiden kytkin haluttomuus ovat kannattavia haastajia mutta vaihtoi haluttomuus voittaa tehokkuuteen ja painon. Haastajista on taulukoitu klo kuva. 1,17 (c).

Edellä esitettyihin neljään moottoritekniikan kolme ajoneuvoluokkien osalta, ei ole selvää voittajaa kaikissa tilanteissa, vaan erilaisia ​​tekniikoita on ilmeinen, jotka ovat optimaaliset tietyin edellytyksin. Jatkuva kehitys pitäisi parantaa elektronisesti kommutoitu koneiden erityisesti Harjaton DC ja kytkin haluttomuutta tyyppejä. Suhteellinen menestys Nämä koneet määrittää parannukset magneetti tekniikan, erityisesti muovi magneetit, ja kustannusten alentamisen kanssa määrää käytön. On laitteessa edessä, kehitys lähestyy lähes ihanteellinen puoli mikronin viivanleveyden eristetty bipolaaritransistoreja (40 kHz switching/l.5 ​​V VCE kylläistä), mutta vähentää pakkausten kustannusten tulee olla seuraava suuri tavoite.

1.4 Invertteritekniikka

Taajuusmuuttajat ovat yksi alue, jossa on edistynyt lähes jokaisessa Alue3:pii, pakkaus, ohjaus, jalostajat ja anturit. Tehtävänä on löytää alas oppimiskäyrä mahdollisimman nopeasti. Polaron uskovat pienin kustannuksin saadaan pakkaus moottorin ja taajuusmuuttajan yhtenä yksikkönä. Suurin muutos tänä vuonna on, että luotettavien lanka bond pakkaukset korkean

5
Asia (epoksihartsi) Yleiset (CE) Emitteri (E) Cobector (C), Base ja päästöiltään (BEB E)
Al lanka
Epoksi Keraaminen Cu levy johdinkoot
5

substraatti (ALO)

23Base elektrodi Collector elektrodi (Cu) (Cu) Molybdeeni levy piisiru

SPEED
25 (°C) AT 100 ° C
TEMP ERO Kuvio. 1,19 Econopack 3 johdin sidottu paketti (vasemmalle)
ja tyypillinen johdinkehykseen pakkaus (oikealla).

teho pii. Uusi lanka bond materiaaleja voi tarjota väsymisikä jopa 10 miljoonan koko nykyisen jaksoa, jossa Delta T 25 ° C koko johto joukkovelkakirjalainan. Lyhyempi piikit paketin yhdessä nestejäähdytys saadaan parhaat tulokset. Kuv. 1,19, huomaa, että lämpötilaero on lämpötilaero liitäntänastojen ja pohjalevy ° C.

Perinteiset Eristepakkaus käyttää lyijyä runko:liimaus on siru antaa sulake suojaa. Tämä tekniikka on taattu käyttöikä 25 000 koko nykyisen jaksoa, mutta paketin hinta on korkea. Liitännät ovat by ruuviliitokset. Johdin liimattu vakiopakkauslaitteet muovitappi runko, joka on langan sitoutuneena meistin. Tämä rakenne tekniikka on vakiona pienitehoisia kuusi pakkausta (täydellinen 3-vaiheinen silta siru käytetty ilmastointilaitteet). Uutta on kyky tarjota kyseistä pakkausta suuritehoinen laite. USA:ssa suunnittelijat näyttävät suosivan MOS aidatulla tyristori MCT. Euroopassa ja Kaukoidässä eristetty bipolaaritransistoreja (IGBT) ovat suosittuja. Itse asiassa molemmat laitteet lähenevät toisiaan yhteiseksi erittely:(a) enintään voltin amp tuotteen pinta-alayksikköä kohti piitä, (b) kyllästyminen jännite oli 1,5 V I c max (c) suurtaajuus pakotetaan kommutoinnin ominaisuus.

Tällä hetkellä MCT on parempi kylläisyyden mutta IGBT paremmat commutation. Tulevina vuosina päättäjät näkevät paremmin kylläisyyden luvut IGBT ja vielä pienempi kytkentä energioita. Tämä on seurausta pienemmistä viivoja ja ohuemmat piin laitteen rakenteita. Tällä hetkellä on 1200 V, 100 A Six Pack kytkeä 600 V DC jopa 16 kHz (V la) 2,2 V/100 A, E 18 mJ E 14 mJ, pyöräile

ceonoff

32 MJ. 600 V, 200 Kuuden Pack on nyt saatavilla näytteitä. Koska sirut käyttävät ei-lyönti

IM

5

WRF BOND johdinkehystä IPM

Kuvio. 1,20 Silicon kustannukset 70 kW asemaan.

kautta (NTP)-tekniikka, ne voidaan kytkeä rinnan ilman vastaavaa johtuu luonnostaan ​​tasauksen ominaisuudet muotista. Monet myyjät tarjoavat IGBT vuonna johdinkehykseen pakkaus, mutta rakentaminen ei ole kustannustehokasta sähköautoja. Devices of 1000 A, 1200 V ovat käytettävissä. Älykäs voima moduulit ovat saatavilla myös esimerkiksi Semikron, SKIpacks Fuji, Toshiba ja Mitsubishi. Nämä yhdentyessä portti ohjaus Virtalaitteet ja ole suojelun kiinteästi laitteeseen. Kustannukset tämän lähestymistavan on suuri tällä hetkellä, se on lanka liimattu pakkaukseen, joka tarjoaa alhaisimmat laitteen kustannukset. On 1200 V, 100 A Six Pack on noin 100 dollaria (1997 hintaan), kuva. 1.20.

Olennaista kustannuksia yhtälö on se, että invertteri kustannus on verrannollinen moottorin virtaan nähden. Sähkö-ja hybridiautojen pyrkivät käyttämään ajaa 70 kW koska ajoneuvojen paino 1500 kg. Mitä Kuva. 1,21 osoittaa, että induktio kone tarvitsee lähes 1,8 kertaa nykyinen kapasiteetti Harjaton DC-invertteri 3,5:1 tasaisella teholla kierroslukualueella. Tyypillisiä piirikaavioiden on esitetty kuvissa 1.22a ja b. Näkymä () on tyypillinen oikosulkumoottori ajaa vain kuusi kytkimillä. Tämä asema tulee 3-off 600 V, 200 Kuuden pakkauksissa rinnakkain. Tämän Yhdysvaltojen tilanteeseen, autot harvoin vaativat 70 kW yli 10 sekunnin ajan ohittaminen. Nykyisillä mallit akun huipputeho laskee 55 kW pienin akun jännite rajoittaa sisäinen vastus (yleensä

1,75 V/kenno lyjyhappoakkujen). Näkymä (b) on harjaton DC Käyttölaite kaksinkertainen chopper piiri. Pohjimmiltaan 300 V akku nostetaan 600 V yhteys on 460 V moottori. Tämä taajuusmuuttaja voidaan rakentaa vain kaksi 1200 V, 100 Kuuden pakkausta. Öljyllä 40 ° C:paketti voi toimia lämpötilassa 140 jatkuva. Se toimii 96 A RMS, 136 huippu on 50% kuormituksella lyhytaikaisesti. Jarruvastus piirissä estää akun ylilataaminen regeneroinnin aikana. Jos akku on liikaa sen kestoikä lyhenee. Vuonna tasainen maasto kitkajarruista voi täyttää tämän tehtävän, mutta jyrkässä maastossa energiaa kohti 1000 metrin korkeutta on 14,7 joulea eli noin 2400 ° C keskimäärin perheauto levyjarrut. Sähköautot eivät ole moottorijarrutusta.

On olemassa monia etuja käyttämällä suurjännitepiirin. Ensimmäinen moottorin virta on 100 tai pienempi. Tämä tekee moottorin helpompi tuulen ja tekee mahdolliseksi käyttää piirilevyn tekniikan invertterin. Toinen on suuri ohjaus etu. Optimaalisen strategia on käyttää nykyistä lähdekoodin PWM hitaasti ja jännite-lähteen kanttia suurella nopeudella. Jos 300 V akun käytetään DC-jännite pidetään alhaisena, kunnes moottorin jännitettä suurempi kuin välipiirin ja sitten kasvoi, kun nopeuden ja jännitteen nousu. Tämä strategia vähentää PWM operaattorin tappiot ja mahdollistaa paremman tehokkuuden pitkin no-load-line ajoneuvon. Käytä Painettujen piirien teknologia ei ainoastaan ​​auttaa automaattiset kokoonpanot, vaan myös vähentää EMC. EMC ei ole liian vaikeaa teräsrunko autoja, mutta on paljon enemmän haastetta komposiittirakenne ajoneuvoissa. Tutkittuaan invertteri ydin joitakin ajatuksiaan reuna komponentteja tarvitaan. Selvästikin tämä kokoonpano edellyttää L/C-suodatin Chopper ja lähtö suodatin moottorin rajoittaa dv/dt moottorin käämit. Mitat L/C-suodatin määrittelee kaksi tekijää:sallittu kelan rippelivirta ja sallitut kondensaattorin rippelivirta.

Polaron mieluummin jakaa kelan antaa hyviä yhteisiä vaimennus suhteessa akun. Arvo 100 microhenries sopii kanssa kapasitanssi 1250 mikrofaradia. Induktorit tehdään niin ilma-core, joissa on 10 mm microbore kupariputkea. Kierrosta voidaan lähelle sijoitettu eristämällä ulkopuolella kuparin epoxi-takin maali. Välit voidaan edelleen pienentää käyttämällä X suulakepuristamalla kuparia, joka mahdollistaa taipumisen kahdessa tasossa. Kondensaattorit ovat sykkivä virta hallitsee.100 A moottorin virran kondensaattorin, joka pystyy käsittelemään 100 A piikit (30 A RMS) lämpötilassa 50 ° C niin, öljyssä on vaatimus. Polaron Group ovat valinneet elektrolyyttistä yksikköä 470 uF, 385 V, järjesti viisi rinnakkain sarjaan viisi rinnakkain. Tölkit ovat juotteen asennettava valinnut viisi nastaa mekaaninen kestävyys 40 mm × 50 mm tölkit.

Kuvio. 1,21 Base nopeus/maksiminopeus toimipaikat induktioon ja harjaton DC-moottorit.

Oikosulkumoottori BrushlessDC moottori BrushlessDC moottori
Moottorin nopeus 4000 rpm 13 500 rpm Teho 300 V 120 V 361 220 V 197 70 kW 300 V 220 V 197 220 V 223 70 kW 600 V 460 V 94 A 460 V 96 A 70 kW

Induktorit ja dv/dt yksiköt ovat haastavia. Induktanssi 10/20 microhenries on tarpeen, mutta on edullista, jos induktanssi on enemmän pienellä virralla. Näin ollen tämä sovellus suosii täytelanka kela on alhainen läpäisevyys Rautajauhe ja öljyeristeisiä litzjohdin mutkainen. Ydin tarvitsee valettu puolan antaa muun-puolestaan ​​eristys litzjohdin ja valumuottina varten ydinmateriaalissa. Viimeinen on, että jos yksi valmistettiin käsillä tuulen moottorin Polaron uskomme, että olisi mahdollista poistaa dv/dt induktorit käyttämällä ekstruusiolinjat ohjata maahan kondensaattorin käämityksen-kapasitanssi/induktanssin ominaisuus, joka yhtenäinen voimajohdon.

Yhteenvetona moottoreille, Polaron uskovat Harjaton DC tulee olemaan hallitseva teknologia varsinkin hybridiautojen joissa hyötysuhde huipputeho asioita. Koneet 12 000 rpm ovat vakiintuneet. Onnistunut toiminta 70 kW koneita 20 000 rpm on osoitettu ja 150 kW koneet ovat kehitteillä. Tällä hetkellä suuremmat nopeudet aiheuttavat useita teknisiä/kustannus esteitä (on menestyvä yhtiö suunnittelee liikennöivillä 150 000 rpm mutta ilman edullisia menetelmiä). Parannuksia materiaalit voivat radikaalisti muuttaa tätä lähivuosina. In invertteri alueella, kustannus on verrannollinen nykyisen ja harjattoman DC-moottorin vaatii 60% virtaa oikosulkumoottorin saavuttaa 3,5:1 vakiotehon toiminta kirjekuoren. Kaksinkertainen chopper piiri tarjoaa monia etuja verrattuna yhden sillan ratkaisu ja on halvempaa rakentaa. Saat 70 kW 600 V DC linkki on paras. Käyttö hallitun välipiirin on entistä tärkeämpää hybridiautojen jossa pienet akut johtaa suurempaan jännitteen vaihtelut ruuhka autoilu ja huippu uudistumista. Käyttö on suuri jännite ole turvallisuusriskiä niin kauan kuin moottori ja invertterin sisältyvät yhteen koteloon, johon aktiiviset komponentit eivät ole käytettävissä. Öljyjarrut rakenne on alin lämpötila nousee ja parhaiten komponenttien luotettavuus, erityisesti piin ja suodatetaan kondensaattoreita. Tämä valmistustapa mahdollistaa täydellisen osajärjestelmän testaaminen ennen asennusta ajoneuvoon.

1.5 Sähköauton asemat:optimaalinen ratkaisuja moottorit, käytöt ja paristot

Optimaalinen tarjonta jännite tehoelektroniikan vapaaehtoispalvelun on noin 300 V DC uusinta IGBT valta transistors4. Se tarjoaa myös järkevän ratkaisun moottori koska tehoalueella 30-150 kW linjan virtaukset ovat varsin kohtuulliset. Seurauksena käyttää 300 V akku on, että kiskon jännite vaihtelee 250-400 V eri käyttöolosuhteissa.

5 6
1.5.1 AKKU NÄKÖKOHDAT

Hyvä kaupallinen akun syväpurkauksen työ on troijalainen 220 Ah 6 V golf cart yksikkö. Tämä antaa 75 A 75 minuuttia ja painaa 65 lb, näin vain 108 V pino painaa 1170 kg ja maksaa 1080 dollaria vuonna 1991. Se vaatii myös paljon huoltoa ja vie ennustetaan ala on 1342 neliömetriä tuumaa ja on 10 5/8 tuumaa korkea.

Vertailun vuoksi sisaryritys Nelco on käytettävissä suljetun lyijyakku 12 V, 60 Ah ja järjestetty 18 soluihin antaa 108 V. Se sijaitsee 720 neliön tuumaa Kaava-alueen ja painaa 697 paunaa Tämä järjestely myös 75 A 75 minuuttia. Ongelma-alue on kustannustehokas. Tämä akku maksaa 2700 dollaria vuonna 1991. Jos vo1tage lisättiin 312 V, jolla on sama varastoitu energia, hintojen nousu on 20% on 45 kW. Tällaiset 300 V paristo vaativat suurta huomiota turvallisuuteen, 100 V paristot voivat olla mahdollista, 45 kW, mutta tämä lakkaa olemasta totta 150 kW. Itse asiassa voidaan piirtää kuvaaja kuvassa. 1,23 (a) voidaan määrittää pienin jännite tietyn lähtöteho. Muita huomion arvoinen ovat huoltovapaita ja akun käyttöikää. Korkea jännite jouset vesi paristot ovat vaarallisia ja pitäisi kieltää lailla. Tämä ei ole niin tehty suljettuihin lyijyakkuja sillä ei ole mitään tarvetta ylläpitoyhteyden. Kuitenkaan ole jännitettä suurempi että 110 V:n tulisi olla läsnä yksi lanka tai yksittäisen liittimeen. Pitkä sarja jousille esittää mahdollisen huollon ongelma suhteessa solujen tasauksen. Ongelma voidaan ratkaista vain pitämällä kaikki solut samassa lämpötilassa. Viimeinen ongelma on nopea lataus, tämä on ternperature rajoitettu 60oC max solujen lämpötilaa. Uudempia solut voidaan nopeasti veloitetaan niin kauan kuin lämpötila sisältyy ja yksittäisten solujen jännite on alle 2,1 V.

1.5.2 polttokenno-NÄKÖKOHDAT

Ei ole epäilystäkään siitä, että pitkän aikavälin virtalähde sähköautoja tulee olemaan jonkinlainen vetypolttokenno, johtava nykyinen tekniikka on PEM membraanijärjestelmissä valmistamien Vickers/Ballard. Tämä on täydellinen järjestelmä mitata 30 × 18 × 12 tuumaa, joka tuottaa noin 5 kW 45% hyötysuhde.

Yksikkö koostuu 36 levyt 250 A luokitus ja polttoaineen kaasut toimivat 3 bar, ja pakokaasujen lämpötila on noin 80oC. Tämä järjestely johtaa siihen nähden kuviossa. 1,23 (b). Siksi on varustetun ajoneuvon akun noin kolmanneksen suurin teho+10 kW huippu polttokenno-

250 V

Minimijännitetasoilla

100 V

a.

6

200 V

6 6

Fuel Cell VOLTS

Kuvio. 1,23 Jännite vs tehon suhde ()

(B)

Virransyöttö

lyijyakku ja (b) polttokenno.

Ladataan... Siksi on 45 kW tämä merkitsee viidestä moduulista tuottamaan 100 V, 250 A. 150 kW järjestelmä, auto rakentajat tarvitsevat kymmenestä moduulista antaa 50 kW 200 V jännite saa olla enintään 200 V johtuu ongelmista, jotka liittyvät vedyn. Lämmitä kestää noin 5 minuuttia kylmänä jotka tuottavat 50% teho 20oC. Kun kuuma, vastaus on 1-2 sekuntia kuormitusvaiheesta ja kestävyyttä on vahvistettu yli 20 000 tuntia. Yksi kiinnostava mahdollisuuksia polttokennot on käyttää tehomuuttaja tuottaa 50 Hz virran valot ja käsityökalut päällä ajoneuvoihin.

1.5.3 Kattava ratkaisu

On perus yhteensopimattomuus virtalähteen jännite ja moottorin jännite, joten miten tämä ongelma voidaan puuttua?

Ratkaisu on laittaa palautuva chopper välillä akku/polttokenno ja invertteri (kuva 1.24). Tämä tarkoittaa, että syöttö taajuusmuuttaja on vakiintunut kaikissa olosuhteissa johtaa kokonaisuudessaan suorituskyky väistymässä akun tilan eikä ylijännite akun latauksen aikana tilaan. Käyttämällä invertteri kuin akkulaturi express Lataus voidaan suorittaa, jos verkkojännite sallii noin 3 tuntia.

1.5.4 MOTORPAK turvallisuuteen liittyviä

Voit ladata ja purkaa akun nopeasti samalla kun optimoidaan akun käyttö edellyttää täysin hallittavissa akun lämpötilaa. Koska akku on sinetöity tämä saavutetaan parhaiten upottamalla piin nestettä. Kiertopumppu läpäisee nestettä ja moottorista. Tämä pitää akut viileänä ja tasaisen lämpötilan latauksen aikana käyttää moottoria kuin siili ja tyhjennyksen aikana, moottori lämmittää akkuja antaa parhaan suorituskyvyn. Siten paristot on rakennettu säiliöön, ja tämä estää pääsyn operaattori.

Seuraava ajatuksessa on akkumoduuli vaihdettavissa. Tämä mahdollistaa tankkaus joko ladata akku tai vaihtamalla akku moduuli.

1.5.5 MOTORPAK Rakenteelliset näkökohdat

Jos kustannukset voidaan optimoida, on järkevää sijoittaa tehonsäätimen lähelle akkua. Yllä olevassa tapauksessa Nelco ovat konseptin askeleen eteenpäin. Tehonsäätimen sijaitsee pohjan akun säiliön. Kutsumme tätä käsitettä Motorpak, kuva. 1,25, ja kuten nähdään mekaanisen toteuttaminen ei voitu tehdä paljon yksinkertaisempi. Moottori ja PCU pakkaus on asennettu

+300 V

6

ajoneuvon alle joko sijasta tai sen lisäksi tavanomaisia ​​voimansiirto. Ei vaihteisto ei tarvita ja moottori tarjoaa lähes 300 Nm:n vääntömomentin suoraan. Seuraavat eritelmä koskee 45 kW Motorpak:

Syöttö 50-240 V AC, 40-65 Hz yhden tai 3 vaihe enintään 30, latausaika 3
tuntia
Tuloste 0-220 V, 3-vaihe jopa 750 Hz 60 kVA, 13,6 V DC 500 W
Akut 18 pois, 12 V, 60 Ah suljettu lyijyakku yksiköitä voidaan konfiguroida 108
tai 216 V yksikkö
Paino 800 lb (362 kg)
Mitat 30:pitkä, 27 on leveä, 14 korkeissa
Rakentaminen Säänkestävä
Säätimet Toimintokytkin, kaasupolkimen, volttimittari/virtamittari/amp tuntimittari,
13,6 V ja lisälaitteet, 2 öljyputkissa moottori (4 l/min)
Syväpurkauksen +800 Jaksoa 80%
suorituskyky
Tallennetut energia 10 kWh
Kustannukset vuonna 1991 £ 3000 1000 off ex akut (£ 5000 paristojen kanssa), hinta sisältää
moottori
Temp. alue -20 ° C:sta+40 ° C
45 kW ajomoottorin
Tyyppi Harjaton DC kestomagneetti
Koko 375 pitkä x 250 halkaisija, paino 50 kg
6

OISTA

Moottorin Motorpak yksikkö Vaihdelaatikko Motor Jäähdytysjärjestelmä Alipainepumppu for jarrutehostin Polttoaine tankOptional ilmastointi I lämmitin

6

Ampeerimittari I VOLTMETER

POWER TO ERO

Kuvio. 1,25 Motorpak konsepti.

Torque 0-1500 rpm, 280 Nm laski 70 Nm 5000 rpm 45 kW jatkuva teho käyrä

Rakentaminen Laippa kiinnitys kaksipäisen akseli ja kiinteä anturi

Jäähdytys silikoniöljyä, 4 l/min

Sähkö rating 220 V, 130, 750 Hz

Teho paketti sisältää:akut, Power Conversion yksikkö, 12 V, 500 W tarjonta avustajien ja hydraulinen ohjaustehostin tarjonnan/jäähdytyksen moottorille. Tämä laite on vaihdettavissa sekunneissa. 45 kW laite painaa vain 800 paunaa, moottori öljy jäähdytetään ja painaa 130 paunaa

1.5.6 Järjestelmän edut KUVATTU

Jos tavanomainen moottori korvataan akku/moottorin paino nousee noin 300 lb varten 1 tonni ajoneuvoa. Tämä tarkoittaa järjestelmää voidaan asentaa olemassa runkoon malleja tai jälkiasentaa autoja. Järjestelmää voidaan käyttää erillistä tai hybridi. Täydellinen sähköistys paketti on vaihdettavissa instant tankkausta ja PCU toimii pariston Syöttöjännite 100-250 V. Paristot on mitoitettu 800 syvä purkukerran 80% purkaussyvyys. Käytössä 45 kW yksikkö, akku voi toimittaa 75 A 75 minuuttia 108 V DC tai 37,5 A 75 minuuttia 216 V.

Yhteensä turvallisuus on varmistettu kaikki sähköiset osat paitsi moottori, joka sisältyy yhteen täysin eristetty moduuli ole osia jaettuna ajoneuvo. Akut on tiivistetty antaa parhaan kestävyyden törmäystilanteessa. Sähköalojen on suojattu oikosululta sekä sulakkeet ja katkaisija. Öljy jäähdytysjärjestelmän voi toimittaa ohjaustehostimen tarvittaessa. Minimaalinen tekninen riski on varmistettu kaikkiaan paketti ratkaisuun ja jos tekniikka parantaa vain yksi moduuli on vaihdettava. Moduuli lähestymistapa tekee moni rahoitusratkaisun mahdollista, helpottaa käyttäjän hyväksyntää, esimerkiksi käyttäjä ostaa auto ja moottori, mutta palkkaa akku ja PCU. Akku voidaan ladata 3 tunnissa kun pääkytkimestä sallii. PCU toimii laturi ja Käyttöjärjestelmää voi toimittaa jopa 45 kW sähköverkkoon lyhytaikaisesti

- Pitempään, jos käytetään polttokenno-alkuunpanija. PCU käyttää kannettavaa virtaa laitteiden kannattavia mikä on erityisen hyödyllistä rakennusteollisuudelle. Lopuksi, käsite tekee muuntaminen olevia ajoneuvoja mahdollista.

Viitteet

  1. Hodkinson, R., 45 kW integroitu auto ajaa, EVS 11, Firenze, 1992
  2. Hodkinson, R., Machine ja ajo-ominaisuudet hybridi-ja sähköautoja, ISATA 29, Stuttgart, 1996
  3. Hodkinson, R., Kohti 4 dollaria per kW, s.. 4 ja sitä seuraavat kohdat., EVS 14, Orlando, joulukuu 1997
  4. Hodkinson ja Scarlett, Electric Vehicle Drives, Pakkokeinot Oy raportti, joulukuu 1991
Kirjallisuutta

Sähköauton tekniikka, kuvaliitteet SAE papereita, 1990 Sähkö-ja hybridiauton tekniikkaa, sidottu määrä SAE papereita, 1992 Sähkö-ja hybridiauton suunnittelua koskevien tutkimusten, sidottu määrä SAE papereita, 1997 teknologia sähkö-ja hybridiautojen, kuvaliitteet SAE paperit, 1998 strategiat sähkö-ja hybridiauton suunnittelu, kuvaliitteet SAE papereita, 1996 Sähköauto suunnittelu ja kehittäminen, kuvaliitteet SAE papereita, 1991 Breaking paradigmojen saumaton sähkömekaaniset auto, lähentyminen 96, SAE, 1996

2

Toimiva energianvarastointijärjestelmää

2.1 Sähköinen akku

Sähköajoneuvot ovat historiallisessa käännekohdassa-pisteeseen, jossa teknologia mahdollistaa suorituskyvyn sähköautojen ylittää suorituskykyä lämpö engines1. Tällä hetkellä laatu akkuteknologia on kallista ja raskasta. Tämä suosii hybridejä pienellä korkeimmillaan paristoja-tyypillisesti 10 Ah 300 V, ja valmius 70 kW 2 minuuttia. Uusi akku kuvioita on kehitetty tähän sovellukseen muodossa korkean suorituskyvyn D solujen 6 mm paksu päätykappaleet ja M6 liittimet. Yksi jono solujen käsittelee+100 vahvistimiin 10 sekunnin ajan. Lämpö siirretään päätykannet poistettiin sitten pakotetaan ilmajäähdytystä. On ensiarvoisen tärkeää säilyttää vielä solujen tilaan vuoteita pitkiä merkkijonoja. Tämä ratkaisu on kaksi haittoja tällä hetkellä:(1) Kustannus-300 V 6,5 Ah stack maksaa yli $ 10 000 tammikuussa 98 (2) luotettavuus-vain yksi merkkijono yhtä suuri vastus solu poistaa akku.

Käyttäen parasta saatavilla olevaa nikkeli-kadmium-kennot, on mahdollista rakentaa luotettavan huipputeho pinoon ja käyttää sähköistä valvontaa arvoisen virtauksia strings. Myöhemmässä osassa tarkastellaan seuraavan sukupolven, kaikki sähköhybridinsä alumiini akku ja emäksinen polttokennojen, tämä viimeisin merkittävä energian varastoinnin järjestelmä on myös käsitelty luvussa 4. Katsaus erityyppisiä paristoja ja esitykset annetaan 5 luku.

2.2 Akun suorituskyky:nykyisten järjestelmien

Kaikki akun voivat tarjota joitakin ratkaisu huipputeho ongelman, mutta on olemassa vain yksi parametri, joka lopulta väliä, ja tämä on sisäinen resistanssi solun. Tämä on paljon liittyvät solun geometria kuin solun kemiaa, kuten tulemme löytää. Kun AA, C, D ja F solut perin suunniteltu, kukaan ei ajatellut hoitamaan niitä satoja ampeeria, joten on tuskin yllättävää, että ne eivät ole ihanteellisia tarkoitukseen. Tämä ongelma muuttuu yhä äärimmäistä, tehotiheys parantaa:

D solujen ominaisuudet

Lead Acid nicad NiMh Lithium Alumiini

Amp Hr (20hr) 2,5 4,0 6,5 7,5 50 Cell jännite 2,0 1,2 1,2 3,6 3,0 Max C nopeudella 40,0 25,0 11,0 40,0 Tuntematon Ah/25 ° C 0,5 3,0 5,0 6,0 Tuntematon

Ensimmäinen nide hybridi sähkölaitteita markkinoilla tuli Toyota (Prius) ja Nissan, kuva. 2.1. Toyota käyttää 288 V merkkijono NiMh D solujen antaa huipputeho on 21 kW. Akku on asennettu vaaka strings 6 solujen matriisissa painaa 75 kg ja on tehnyt Matsushitan Panasonic EV Energy. Nissan on työskennellyt Sony jotka ovat kehittäneet litium-ioni-akku, ja AEA Technology (Yhdistynyt kuningaskunta), on tehtävä korkean suorituskyvyn D-solu, 3,6 V 18 Ah, jonka huipputeho on 1700 W/kg. (Tämä solu on 250 mm x 32 mm, ulkohalkaisija, ja se sisältää elektroninen säädin.) Molemmat ratkaisut käyttävät kehittyneitä lämmöntuoton hallintaan ja sekä antaa suorituskykyä, mutta korkea hinta. Oleva tehtävä on alentaa kustannuksia 50%.

2.2.1 Akun suorituskyky:vaihtoehtoista

Kysymys:Mitä sovellusta saa parhaan huipputeho akun suorituskyky tällä hetkellä? Vastauksia:Kannettavat sähkötyökalut ja lennokkeja, kemia:nikkeli-kadmium, solun koko:RR/C 1-2 ampeeria tunnissa, ruuhka Vastuuvapaus:30 ° C, suurin virta:32 ampeerin rajoittaa yhteyksiä (tags),

Toyota Prius akku packPrincipal tekniset tiedot Ominaisuudet nikkelimetallihydridi akkuja HEVs
Tietueet Akun moduuli Akku (esimerkki)
Akun rakentaminen 6 solua sarjaan 40 moduulit sarjaan 5
Nimellinen 7,2 V 288 V
jännite Nimellis 6,5 Ah 6,5 Ah
kapasiteetti State of muutos (Ah)
5
Energia Sähkö Regeneratiivinen teho paino 45 Wh 525 W (10 s) 500 W (10 s) 1,1 kg 1,8 kWh 21 kW (10 t) 20 kW (10 t) 75 kg
Moduulit
5
5
6

Esimerkki akun järjestelmä HEVs

a.
Kuvio. 2.1 Tuotanto hybridi akkuteknologioiden verrattuna:
a.
Toyota Prius, (b) Sony/Nissan.

Kuvio. 2.2. Suorituskykyyn liittyviä nämä solut ovat monimutkaisia. Hämmästyttävästi on 14 erilaista suljetun nikkeli-kadmium-solujen neljä päätuoteryhmissä:(a) standardia, (b) korkean purkausvirta,

(C) pikalataus ja (d) korkea lämpötila.

Se on kaksinkertainen sintrattu pikalataus soluja, joita käytetään pienoismallien ja maailmanmestaruuden Sanyo Cadnica määritellään käyttäen 1,7 Ah solu. A Tamiya liitin pystyy tuottamaan jopa 32 ampeeria. Akut on 7,2 V kuusi pakkausta yleensä asennettu. Kun työkalu alueen Black ja Decker ovat Versapack, kolmen solun merkkijono. Kaksi tai neljä merkkijonoja käytetään sarjaan suurempien johdottomissa työkaluja. Eräs ongelma on, että suljettu nikkeli-kadmium-soluja ei voida kytkeä rinnan. Lopussa latausjakson, kennon jännite laskee, mikä aiheuttaa nopean lataus/purku välillä rinnakkain soluja. Päällisin puolin se, pakkaus ongelma on pelottava, yli 2000 soluja pakkaus.

Sony/Nissan akku

Tekniset prototyypin solun

Paino 1,2 kg

Nimelliskapasiteetti 22 Ah
(4,0 V)
ell muoto ylindrical
Mitat, mm D50 x L250
6 6

Nicad solut

BatteryType RR Sub DD

6

ell kapasiteetti (Ah) 1,0 1,7 2,8 4,0 Int. vastus (milliohmia) 4,5 0,5 0,0 2,8

ell mitat, DXL (mm) 22x4 22x56 2x42 2x56 Paino (g) 42 65 10 200 Int. Resistanssi 4 Ah milliohmia 1,1255 1,6 2,5 2,8

Sisäinen Resistance on 20 ja 50 valtion korvauksetta.

5

Kuvio. 2.2 Tyypillisiä Ni-Cad paketteja ja valmiuksia.

2.2.2 Sisäinen vastus TOIMINNASTA Pikalataus NI-CAD CELLS

Tulokset käsitellään tässä perustuu Sanyo tuotteita vaan samoja suuntauksia on havaittavissa Varta, Panasonic ja Saft soluja. Ks. 2.2.

Miksi sisäinen vastus niin väliä? Tämä johtuu siitä, että lämpötilassa 25 ° C:purkautumismäärä, jännitehäviö on yksi 1,2 V solu on taulukoitu alla:

Jännitehäviö on 1,2 V kenno 25 ° C vastuuvapauden määrä

RR C Sub DD

112,5 mV 160 mV 250 mV 280 mV

1,2 V solu ei siten enää on 1,2 V-solujen, mutta lähemmäksi 1 V 20 ° C:ssa Miksi 1 Ah solun voittaa? Se johtuu siitä, että se on lyhyt, ja rasva-toiset ovat pitkiä ja ohuita. Cell geometria on ratkaiseva tekijä pieni sisäinen vastus.

6

Voit testata suorituskykyä yksittäisten solujen Polaron rakennettu jono kuusi ja veloitetaan/purettiin 24 ° C, joka on 24 ampeeria 1 Ah soluihin. Sen jälkeen viisi jaksoa, purkausaika nousi 130 sekuntia, ja lämpötilan nousu oli noin 10 ° C:ssa johti useiden satojen sykliä käytännöllisesti katsoen mitään muutosta ominaisuuksia. Tämä on erittäin vakava verrataan todellista käyttöolosuhteissa, joissa solut on syöttö 24 ampeeria varten ehkä 10 sekunnin ajan reaalimaailman olosuhteissa, kuvio. 2.3.

2.2.3 RAKENTAMINEN STRING solujen

Jotta 70 kW 2 minuuttia vaatii kymmenen jouset 260 solujen l. Ah. Tämä on edullista, mutta ei ole optimaalinen. Kolme jouset 3,3 Ah olisi optimaalinen. Tämä vastaa lyhyillä D soluja. Käyttö l Ah paketteja ei ole joitakin etuja. Pistehitsattu yhteydet voivat käsitellä nykyistä ilman erityistä pakkausta. Keskeinen ongelma on, että automaattinen kokoonpano niin paljon soluja. Tämä saavutetaan helposti käyttää hitsaus. Eräs tekniikka on käyttää kahta yhdensuuntaista levyä, jotka kukin voivat olla kahden jouset 260 solua. Solut tiivistetty O-renkaita, niin että keskus jokainen solu on öljy jäähdytetään. Liitännät täytyy olla ilmassa, koska kaasutiivistyssuuttimet ei tulisi öljyssä kuin tiiviste voi vaurioitua-ja öljyn saastuneen kaliumhydroksidilla. Tällä link nykyinen 25 hauenleuko-linkit näyttävät olevan aivan riittävä. Toinen mielenkiintoinen pakkaus käsite olisi luoda kymmenen Pack-versio Versapack konseptin. Näitä voidaan asentaa vaaka jouset ja ilmajäähdytteinen solujen tasauksen.

2.2.4 CELL NYKYINEN jakaminen

Koska kymmenessä samanaikaisesti jousille 70 kW huipputeho on vain yksi tapa taata yhtäläiset virtojen jokaisessa string-aktiivista sääntelyä. Tämä vaikuttaa hyvin kalliilta, mutta se sopii hyvin rakennetta modernin taajuusmuuttajien. Tämän suuntaus on käyttää 300 V akun sysäyksen katkoja ja nostaa akun jännite, jolloin saatiin tasajännitevälipiirin on 600 V, kun käytetään teollisuuden asemissa. Tavallisesti voisi rinnakkain useita transistoreita, jolloin saatiin nykyinen arvo 300 ampeeria. Kolme kertaa 100 ampeeria olisi optimaalinen, koska tämä on täydellinen 3-vaihe paketin IGBT. Tässä tapauksessa on välttämätöntä käyttää pienempiä Saatavilla on 30 ampeeria, joissa kussakin jalassa on oma erillinen nykyisen säädin. Tämä ei ole houkutteleva, jos se ei ole siitä, että tässä nykyinen haluttu ohjauspiirin on saatavissa taloudellisesti. Kymmenen tällaisia ​​piirejä voidaan kytketty yhteiseen tasajännitevälipiirin. Tämä järjestely takaa erinomaisen nykyinen jako sekä ladata ja purkaa sekä estää tilanne, jossa jouset lataus/purku toisiinsa. Tarvitsemme nyt jonkin verran parannusta paristo pakkauksessa. Voit liikennöidä kolme jousille rinnakkain olisi paras vaihtoehto kustannus verrattuna luotettavuuden kannalta, sillä voisi käyttää erillinen 100 amp vaiheessa jalat kuusi Pack hallita nykyistä yksittäisten jouset, kuva. 2.4.

2.2.5 Akkujärjestelmä NÄKYMÄT

On osoitettu, että matriisi on pieni Akkujen voidaan antaa suuri huippu vastuualueista toistettiin perusteella erinomaiset elämän suorituskykyä. Uusi D-solu malleja NiMh ja litium-ioni on hyvin kallista ja halvempi vaihtoehto on käyttää L Ah Ni-Cad solut erittäin pieni sisäinen vastus. Käyttäen tätä tekniikkaa voitaisiin hankkia soluja varten on 21 kW/10 toisen pakkauksen noin $ 2000 1999. Tämän pakkaus-ja valvonta-kustannukset on lisättävä. Tällä hetkellä tämä on kuitenkin huomattavasti halvempaa kuin käyttää mukautettuja akun paketteja.6

Cell geometria on ratkaiseva tekijä pyrittäessä pieni sisäinen vastus, ja on paljon parannettavaa olevan solun paketteja. Lyhyt solut vähimmäisetäisyys foliosta liittimeen antaa parhaat tulokset. Käyttämällä useita merkkijonojen solujen rinnan, aktiivisen nykyinen jako, parantaa luotettavuutta ja vähentää kustannuksia, koska virtauksia yksittäisiä paketteja ovat vaatimattomia verrattuna kerta merkkijonoja. Lämpötilan valvonta jouset auttaa pitämään vielä tilaa maksutta suuri lataus/purku hinnat ja pitää solut viileänä sekä laajentaa solun elämää.

 

5

CHOPPER CHOPPER

260

CELLS

Olen AH

Kuvio. 2,4 Cell Nykyinen jako:tyypillinen EV asema

AJOITUS SYNC

(Ylhäällä), virtasilmukka ohjaus

0 V

ja PWM chopper (keskellä), useita katkoja

NYKYINEN

toteuttamisesta (alla).

KYSYNTÄ

5

Cell runko

Elektrolyytti

5

Kehittyneiden akkuteknologia lisääntynyt teho ja energiapitoisuus asettaa entistä suurempia vaatimuksia solu pakkauksessa tulevaisuudessa ja uuden perheen optimaalinen mittasuhteet on suunniteltu työtä.

2.3 tila alumiini akun

Vuonna 1997 patenttia jätettiin Suomessa jo uuden alumiinin vara-akun. Keksijä oli Rainer Partanen ja Europositron Oy, joka hakee merkittäviä parannuksia tehotiheys ja energiatiheys uusi solu perustuu 1,5 V EMF2. Kirjoittaja on kiinnostunut tästä ongelmasta, koska se on yksi viimeisistä suuria esteitä on voitettava ennen laajamittaista käyttöönottoa sähkö-ja hybridiautojen. Viime vuosina paljon työtä on pyritty parantamaan toisen akun suorituskykyä ja tätä työtä on alkanut kantaa hedelmää. Voimme nyt nähdä kehittynyt lyijyakku, nikkelimetallihydridi ja Lithium Ion tuotteita vuonna tori suorituskyky on jopa 100 Wh/kg ja 200 W/kg.

Markkinoiden vaatimukset jakautuvat kahteen luokkaan:(a) pieni huipputeho akkuja on 500 Wh (2 kWh hybridit) ja (b) 30-100 kWh puhtaasti sähköautoja. Jokainen solutyyppien on omat ominaisuudet, mutta kukaan ei ole toistaiseksi onnistunut tekemään läpimurtoa tarvitaan massamarkkinoille EV täytäntöönpanoa. Perusongelma on yksi paino. Kun tehtaan portilla, ajoneuvojen hinta on lähes verrannollinen massaan, kuten ajoneuvojen accelerative ja kaltevuus suorituskykyä. Näin se kestää vähintään 300 Wh/kg ja 600 W/kg saavutetaan teho/painosuhde pitkän kantaman Electrics me todella haluamme. Tämä tekisi yhdenlainen hybridi erityisen houkutteleva-pieni polttokenno käynnissä jatkuvasti yhdessä isoa akkua.

Jos pidämme pienihäviöinen foorumin henkilöauton on 850 kg, N = 0,3, meillä on 250 kg akku. 300 Wh/kg, saadaan 75 kWh, mikä antaisi useita yli 250 km:n jälkeen jolloin avustavia tappioita. Alhainen tappio foorumi kuluttaa 5 kW, 60 mph+ 5 kW ylimääräisten tappioiden-yhteensä 10 kW-tämä vastaa 7,5 tuntia 60 mph = 450 mailia vakaassa tilassa. Tämän tason suorituskyky on kertaluokkaa parempi kuin lyijy-happo tällä hetkellä. On selvää, että uuden lähestymistavan ongelma on tarpeen.

2.3.1 MIKSI ALUMINIUM?

Yksinkertaisesti sanottuna vastaus liittyy (a) abundancy, (b) edullinen ja (c) korkea energian varastointi. Jos ajatellaan viimeaikaista kehitystä paristojen ne kaikki näyttävät käyttävän aineita, kuten nikkeliä, jotka ovat erittäin tiheitä ja rajallinen tarjonta. Samoin polttokennoissa käytetään platina katalysaattoreita materiaalin niukkuus on implisiittinen, vuotuinen tuotanto on noin 80 tonnia maailmanlaajuisesti. Kaikki massamarkkinoiden akku täytyy käyttää materiaaleja runsaasti saatavilla. Kun puskurin vuonna 1985, 77 miljoonaa tonnia bauksiittia oli louhitaan maailmassa, alumiini on yksi runsas materiaaleista maapallolla. Mitä vuoden 1999 kustannuksia, alumiini on 2000 dollaria per tonni niin 250 kg maksaisi $ 500-hyväksyttävä määrä.

Suhteen energian varastointi-, alumiini on eräs eniten sähkö-varauksen talletusosan painoyksikköä kohden paitsi alkalimetallit:

Alumiini 0,11 mikrocoulombia grammalta 2,98 Ah grammalta
Litium 0,14 mikrocoulombia grammalta 3,86 Ah grammalta
Beryllium 0,22 mikrocoulombia grammalta 5,94 Ah grammalta
Sinkki 0,03 mikrocoulombia grammalta 0,82 Ah grammalta

Litium-ja beryllium ovat alkalimetallit, eivätkä ne ole sopivia käytettäväksi nestemäisten elektrolyyttejä, nopean korroosion, joten käytetään tavallisesti kiinteää elektrolyyttejä.

5 6
Suodatin
Suodatin Takaisinhuuhtelu
Hydrargillite
2.3.2 kehityshistorian ALUMINIUM PARISTOJEN

Ensimmäinen vakava yritys rakentaa alumiini akku tehtiin vuonna 1960 Solomon Zaromb3 työskentelevät Yhdysvaltain Philco Company. In Zaromb n konsepti alumiini ilmassa solu, anodi on alumiini-yhtiön, kaliumhydroksidilla, ja ilma oli katodia. Tämä akku voidaan varastoida 15 kertaa energiaa lyijy-, saavutetaan+500 Wh/kg, ja levy virrantiheydellä 1 A/sq. cm. Pääasiallinen haittapuoli on korroosiota off-tilassa, mikä johti tuotannossa hyytelöä alumiinihydroksidin ja vetykaasun. Tämän ongelman voittamiseksi Zaromb kehitetty polysyklisiä/aromaattisten inhibiittoreita ja jolla oli alla oleva solu aluminiumhydroksidi kerätä. Kemiallinen reaktio on

Al+ 3H2O = Al (OH) 3+ 3/2H2

Vuonna 1985 toisessa yritetty joita DESPIC4, käyttäen suolaliuosta elektrolyyttiä. Lisätyt pieniä määriä hivenaineita, kuten tinan, titaani-, indium-tai gallium liikkuvat korroosiopotentiaali negatiivisessa suunnassa. DESPIC rakennettu tämän solun kiilamainen anodeja, jotka sallitaan mekaaninen muodostumista, käyttäen merivettä, kun elektrolyytti joissakin tapauksissa. Akku on kehittänyt ALUPOWER kaupallisesti. Akku oli rajoitettu huipputeho valmiudet koska johtavuuden rajoituksista elektrolyytin, mutta jos merkittäviä wattitunnin kapasiteettia.

Muut yrityksissä on käytetty alumiini-kloridi (chloroaluminate), joka on sula suola huoneen lämpötilassa, kloorilla pidettiin grafiittielektrodia. Tämä yritys vuonna 1988 Gifford ja Palmisano5 antaa rajalliset, koska korkea ohminen vastus grafiitti. Yhtä merkittävää on työ Gileadi ja yhteistyö workers6 jotka ovat onnistuneet tallettaa alumiinin orgaanisista liuottimista vaikka mekanismeja reaktioita ei tunneta hyvin tällä hetkellä.

Vuosina 1990 ja 1995 tohtori EJ Rudd7 johti joukkueen Eltech tutkimus Fairport Harbor, Ohio, USA, joka rakensi mekaanisesti ladattava alumiinista akku PNGV ohjelman kuva.

2.5. Se oli 280 soluja, ja varastoidaan+190 kWh huipputeho on 55 kW, ja se painoi 195 kg. Tämä akun käytettiin pumpataan elektrolyytin järjestelmä, jossa on erillinen suodatin/saostimeen poistamiseksi aluminiumhydroksidi hyytelöä, kuvio. 2.6. Alupower8 rakennettu 6 kW alumiini-ilma alue-extender järjestelmään saman ohjelman kuva. 2.7.

5

Alumiini-ilma-akku

Laturi

Elektrolyytti varastosäiliö lyijyakut akku

Controller Sähkökäyttö

2.3.3 UUSI-CONCEPT ALUMIINI AKKU

Solu keksi Rainer Partanen, kuva. 2,8, on yrittää voittaa haittoja alumiini-ilmaa kennon. Se on toisen akun, joka käyttää alumiini anodi-ja puhtaalla alumiinilla, jota varten katodin. Elektrolyytti on seos kahdesta osasta:(a) anionin/kationi liuos hetkellä koostuu suhteessa 68 g 25%:sta ammoniakkia vettä sekoitettiin 208 g aluminiumhydroxid, ja joka muodostuu veden kanssa, jolloin saadaan 1 litraan liuosta, (b) osittain orgaanisen lisäaineen, joka koostuu metallista amiineja.

Täsmällinen koostumus lisäaineen kaupallinen salaisuus. Keksijä väittää, että elektrolyytti saavutetaan suuri lisäys varauksen kantajana liikkuvuutta, ja tämä johtaa siihen, luvut jopa 1.246 Wh/kg ja 2100 Wh/l, mikä on saavutettu monilla prototyyppi soluja, jotka on rakennettu. Luvut koskevat aktiivisten aineiden, ilman runkoa. On ehdotettu, että tekniikka on sopiva rakenne levyn (märkä solu) ja folio (suljetussa) soluja, joissa ei ole rajoituksia kapasiteettia. Testi solut ovat saavuttaneet käyttöikä jopa 3000 kierrosta, pääasiallinen hajoaminen mekanismi on korroosiota päällysteen anodin latauksen aikana. Eräs jäljellä vaikeutena on voitettava on tunnistaa parempi päällystemateriaalin vähentämiseksi korroosiota.

Akku on joitakin epätavallisia piirteitä, että se toimii hyvin laajalla lämpötila-alueella, -40+70 ° C. Tämä on jyrkässä ristiriidassa useimpien paristoja, joiden alhainen lämpötila/korkea lämpötila suorituskyky on heikko. Solu jännite on nimellinen 1,5 V. Joitakin mielenkiintoisia vaikutuksia syntyy, jos oletetaan, että väitteet ovat totta. Merkittävin on pakkaus. Jos otamme D-solu, joka on 32 mm × 58 mm pitkä, käyttämä Panasonic/Toyota on PRIUS akku, akun kanssa 150 g aktiivimassalla myymälöissä 6,8 Ah, ja on huippu vastuuvapauden nykyinen noin 100 ampeeria. Jos rakentaa D Cell arvossa 1246 Wh/kg, tämä johtaa luku 150 Ah. Polaron ymmärtää, että hyvin korkea purkausvirta ovat mahdollisia-keksijä väittää jopa 20 kertaa enemmän virtaa kuin nykyiset solujen markkinoilla-mutta löytää keinoja tukea näiden virtojen niin pieneen tilaan on suuri haaste päästä alhaisiin terminaaliin vastus, lyijy-out ja tiivistys, kuva. 2.9. On väitetty, että uusi teknologia käyttää ympäristöystävällisiä materiaaleja, jotka ovat täysin kierrätettävissä.

Muita kehitys, joka antaa tukensa tälle invention9 ovat syntymistä ultracapacitors ja kondensaattoreiden, niin käytetään alumiinia elektrodit biologisia

eclanch Emäksinen eadacid Nicad NiMh ithiumion Alumiini
Amp. tuntia (20) ell jännite ax korko AH25 läsnä 4,5 18 1,5 1,5 2 2 Ei mahdollista IR Limited 2 2.5 2.0 40 0.5 4,0 1,2 25.0 6.5 1.211 5.0 18.6 40 14 150 (75 Dem) 1,5 Ei mahdollista Package IR rajoittaa nykyisestä 500
Alumiini metalli anodecathode Anioncation lähtöaineeseen ratkaisu +486 G 11 g 180 cm 820 cm
Teoreettinen maksimi energia ja nykyinen kapasiteetti
2100 Whlitre 1246 Whkg 1448 Ahlitre 85 Ahkg

Käytännön solujen paketin pitäisi saavuttaa 7080 edellä mainituista arvoista, kun kollin sisältyy.

Kuvio. 2,8 Characteristics of D-solujen (32 x 62 mm) vastaan ​​kuin 1 litran Partanen soluun.

elektrolyyttejä. Hyvin merkittävästi, ultracapacitors toimivat hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Venäjällä 24 V:n moduulia, 150 mm x 600 mm pitkä myymälän 20 000 joulea ja niitä käytetään aloittamaan dieselmoottoreita -40 ° C:ssa

2.3.4 patentin haltijan

Tekniset Keksinnön tausta on seurausta merkittävä löytö alalla monimutkaisia ​​sähkökemiaa ja perustuu koostumusta liuoksen sähkö-analyysi ja katalyysin vapauttaen energiapotentiaalia alumiinia. Patenttisuoja haetaan kolmella alueella:

(L)
Ensimmäinen on liuos, joka mukaisesti purkauksen generoi reaktio katodin puolella aiheuttaen energiapotentiaalia alumiinin vapautuu, ja jonka ionisaation muutoksia molekyylirakenteen metallista ja liuokseen. Patenttihakemus Fi 954902 PCT/EPO (julkaistu).
2
Toinen on liuos, joka mukaisesti purkauksen generoi hajoaminen reaktion kemiallisen reagoivan aineen massa. Tämä on kiteisessä muodossa, joka liukenee liuokseen ja tuottaa potentiaaliero on anodin puolella. Patenttihakemus Fi 981229 PCT/EPO (rekisteröity).
2
Kolmas komponentti on elektrodeja, joilla on kaksi tehtävää. Ne muodostuvat materiaaleista, että ne voivat toimia samanaikaisesti ionisoitumattomassa anodi ja ionisoitua katodi. Nämä elektrodit ovat käytetään multicell konfiguraatio kuin olemassa olevissa akkuteknologian. Patenttihakemus Fi 981379 PCT/EPO (rekisteröity).

Koostumus nämä ratkaisut, ja reagoivan aineen massa, on kyky tuottaa sähkövirran ionisoitumattomassa anodi-ja alumiini-katodiin johtavuuden (vastus) on sijoitettu niiden väliin. Kun se syöttää, virta syntyy energia vapautuu alumiinia, joka vähentää noin 35% sen alkuperäisestä molekyyli tiheys. Kun lataat, lähtöaineeseen ratkaisu palautuu alkuperäiseen muotoonsa liuoksessa ja kidemassan ja alumiiniatomeja on talletettu takaisin elektrodit.

2.3.5 ALUMINIUM NÄKYMÄT

Alumiini toissijainen akku näyttää olevan erittäin lupaava ehdokas varastointia merkittäviä energiansäästöjä. Olipa keksijä Rainer Partanen on löytänyt oikean tekniikan vielä osoitettava. Vaikka saatavien huipputehon ja energiatiheys näyttävät erittäin, Sony ovat osoittaneet 1800 wattia kiloa kohti vuonna litium-ioni äskettäin ja alumiini-ilmasolut saavutti 500 Wh/kg vuonna 1964. Tekijä tarkastelee alumiinia olevan kelvollinen haastaja Tehokas akku rakentamiseen ja selkeästi tämä on ala, joka ansaitsee paljon enemmän tutkimusta tulevaisuudessa. Eräs seikka on selvää-saattamalla aktiivinen alumiini elektrodin katodin, lois-reaktio, joka on suuri haitta alumiini-ilma solu on vältettävä, sillä 1,5 V, käytän-solun estää reaktion. Kaksi kysymystä, jotka on vielä vastattava huoleen tasot johtavuuden ja liikkuvuuteen tulee olemaan poikkeuksellinen perustella väitteisiin Partanen solun, myös siitä solu pakkaus on merkittävä ongelma, joka vaatii uudenlaisia ​​paketteja voidaan kehittää.

2.4 Advanced polttokenno-ohjausjärjestelmät

Tässä jaksossa tarkastellaan kehittää polttokenno-ohjain ja teho-muuntimen ajoneuvon painaa 2 tonnia, toimimaan kaupunkien environment10. Tekniikat voidaan käyttää joko PEM kalvon polttokennoissa tai emäksisiä yksikköä. Suurin haaste on uudelleen insinööri kalliiksi järjestelmän äänenvoimakkuuden valmistettu tuote, mutta tämä ei todennäköisesti ole achieved'overnight". Mitä tarvitaan, on uuden sukupolven komponentteja, jotka ovat muovia vastakohtana metallin perustuvia.

Tehoelektroniikka ovat käytännöllisiä, mutta täytyy integroitua pakkaus vähentää kustannuksia. Yhtä tärkeää on parantaa polttokenno-pino tekniset tiedot. Tässä jaksossa tarkastellaan ja edistymisen matalapaine järjestelmän nykytilaa taiteen ja ennustaa tarvittavat toimenpiteet saavuttaa merkittäviä kustannusten vähentämiseen.

Nykyaikaiset hybridiautot ovat osoittaneet merkittäviä parannuksia polttoaineen kulutus (3 l/100 km) ja päästöt (ULEV rajat) verrattuna perinteisiin lämpövoimakoneita. Nämä mallit käyttävät pieniä korkeimmillaan akkuja, jotka painavat alle 100 kg, perhe sedan, ja säilytä ehkä 2 kWh.

Uusi alumiini akun kemia on havaittu, jossa se olisi mahdollista tallentaa 50 kWh paino oli 150 kg ehkä 3/5 vuoden kuluttua. Nikkelimetallihydridiakut on 500 kg nykytekniikalla saavuttaa 50 kWh. Tämä tekee uudentyyppinen hybridi mielenkiintoisia pitkän aikavälin contender-sähköhybridinsä pienellä polttokennon. Tässä ajoneuvo 2-5 kW polttokenno voisi akkua jatkuvasti. Ainoa kerta akku olisi

onteloiden 76 kunkin pinossa

Jännite/temp. elektroniikka

Liitäntä ja ajoneuvojen kautta liittimet

5 6

(Asentaa AUV elektroniikka)

Suorituskyky Mitat Teho 2,5 kW ass 60 kg

UEL 25 kg alumiinia anodien xidant 22 kg happea 4000 lbin2 Nondimensional suorituskykyä Kellunta neutraali, kuten alumiini Volumetrinen energiapitoisuus 265 WHL

rungon osa ravimetric energiapitoisuus 265 Whkg Aika tankkaamaan h

Kuvio. 2,9 Alumiini/happea sähköjärjestelmän ja sen ominaisuuksista (courtesy Alupower).

tyhjentää kaikki olisi, jos matka on yli 400 km yhdessä päivässä. Tällöin akku voi nopeasti veloitetaan huoltoasemalla. Koska akku on valon kustannus on kohtalainen, ja koska se ei ole tavallisesti syvä kierrätettiin on pitkä käyttöikä voidaan odottaa. Alumiini koesoluihin ovat jo osoittaneet yli 3000 syvän purkukerran ja toiminta -80 ° C, kuten näkyy edellisessä jaksossa.

Tällä hetkellä meidän on käytettävä suurempia polttokennojen ja pienet akut samanlaisia ​​hybridejä lämpövoimakoneita. Ajoneuvoa, joka tulee olemaan kehityksen Testbed on uusi TX1 Lontoon taksi runko tekemät LTI International, jako Mangaani pronssia Coventry, kuvassa. 2,10. Tämä ajoneuvo on valittu siksi kasvavan ilmanlaatuongelmiin Lontoossa. City of Westminster on nyt Air Quality Improvement Area. Tämä johtuu pääasiassa voimakas kasvu dieselin käyttö, josta on seurauksena liiallisia PM10 päästöistä. Julkinen liikenne on merkittävä rahoittaja, joiden pitoisuus suuri määrä ajoneuvoja keskialueella.

Kahden tyyppisiä polttokennon ovat houkuttelevia käytettäväksi ajoneuvoissa-PEM kalvo ja emäksinen tyyppejä, kuten on kuvattu seuraavassa kohdassa. Molemmat lajit ovat läpikäyneet vallankumouksen pinon muotoilun viime vuosina sillä seurauksella, että pino (kuvio 2,11) ei ole enää suuria kustannuksia tuote pienissä järjestelmissä on esimerkiksi polttoaine-solu-ohjaimen ja tehomuuttaja. Tässä osiossa tarkastelee ratkaistavat ongelmat ja tarjota joitakin ehdotuksia siitä todennäköistä kehityksen suuntaa. Kuten aina keskeinen kysymys on muuntaa suuria kustannuksia tekniikkaa massatuotannossa siviilikäyttöön. Nykyinen (1998) polttokennot maksaa $ 1000 per kW ja suurin osa tästä kustannusten sijaitsee valvontajärjestelmä ja valta muuntaminen. Pinot maksaa alle 100 dollaria per kW massatuotantoon. Haasteena on vähentää ohjausjärjestelmä kustannuksia. Juuri tästä syystä, että useimmat ajoneuvon polttokenno-valmistajat ovat valinneet toimittamaan pinoja, ja jättää autoteollisuutta valmistamaan ohjaimen kuva. 2.12. Tämä on tilaisuus, Fuel Cell Control Oy aikoo ryhtyä tarjoamalla ohjausjärjestelmät kaupallisesti.

5 6

(A) (b)

6

(C), (d) kuviossa. 2,11 kehittyneille PEM polttokennon:(a) levy, (b) pino, (c) anodi, (d) katodi.

Intelligence:80 I/O-ohjelmoitava logiikka 24 V DC Ohjaus:Suljetussa kierrossa:vety 0-1/10 bar, ilma 0-45 m³/h suhteessa kysyntään Purge:kuiva typpi silmukka

2.4.1 Mikä on polttokenno-SYSTEM?
Tässä on tyypillinen erittely:
Virransyöttö 7,2 kW
Lähtöjännite: 96 V DC kuormittamaton
64 V DC täydellä kuormituksella
Lähtövirta: 110 ampeeria
Käyttölämpötila: 70 ° C
Polttoaine: ilma 45 kuutiometriä tunnissa
Puhdasta vetyä, 5 kuutiometriä tunnissa
Vety varastointi: Kryogeenisen-180 ° C
Korkea paine 200 bar
DC/DC-muuntimen 1
Tulo: 60-100 V DC

Lähtö:0-396 V 2,45 V kennoa kohti, lyijyakut-18 A Virran aaltoilu vähemmän kuin 1 osa 10 000

Polttokennon ohjain
Pumput: (L) Vety 80 wattia
(2) Air 320 W
(3) KOH 85 wattia
(4) vettä 10 wattia
Venttiilit: 10 pois sähköpneumaattisen ohjaus
Kuumenna: 2 kW-312 V DC
DC/DC-muuntimen 2
Tulo: 200/400 V DC
Tuloste 27,6 V DC 600 W ohjausjärjestelmä
Kuvio. 2,12 Polttokennon spesifikaatiota.

Kuvio 2,13 esittää solun asettelua kaksi polttoaine-solutyypeissä, alkali-ja protonin vaihtaa kalvo (PEM). In emäksinen tyyppiä, elektrolyytti on nestemäinen-kaliumhydroksidi tai KOH. Tämä on samaa materiaalia käytetään paristoa. Anodi kalvo on huokoista ja siinä on kahdeksan hyvin pieniä määriä platinakatalyyttiä (1 g kattaa kolme jalkapallokentän levyn pinta-ala). Katodi puoli on hopeinen katalysaattorina tehnyt Hoechstin. On mahdollista käyttää platina, mutta kustannukset on paljon suurempi.

In PEM tyyppiä elektrolyytti on kiinteä aine, Nafion+115 arkki-omaa Du Pont tuotetta; on kilpailijoita kuten Dow Chemical ja Ashai Japanissa. Anodi on samanlainen kuin alkalista tyyppiä. Katodi kalvo on platina-katalyyttiä, ja paljon tutkimusta on joiden tarkoituksena on vähentää katodin kuormitus minkä vuoksi monet PEM soluja käytetään korkeapaine lähestymistapa, koska se auttaa vähentämään katalyytin määrä tietyn virrantiheydellä. Katalyytit ovat tärkeimmät kustannukset pinossa rakentamisen ja optimoida niiden käyttö on tärkeä tutkimusalue. Muut erot kahden on jäähdytys ja lähde kaasun puhtauteen.

Molemmissa järjestelmissä noin 40% polttoaineen kulutettu annetaan ulos lämpönä. In PEM tyyppiä, vesijäähdytys levyjä käytetään poistamaan tämä lämpö. In alkaline elektrolyytin tämä työtä ja on lisäetuna, että se ei jäädy 0 ° C:ssa Näin ollen molemmat järjestelmät tarvitsevat nestemäinen jäähdytysjärjestelmä.

Euroopassa Esso on jo sitoutunut tekemään vedyn saatavilla ajoneuvossa huoltoasemilla. Vety voidaan vaihtoehtoisesti kytkeä ilma tulevaisuudessa. Amerikassa bensiini tehokkaasti tukea (ks. luku 4), joka tekee siitä erittäin vaikea muita polttoaineita kilpailla. Yksi tärkeimmistä intressejä on uudistanut bensiinin ja metanolin kanssa muodostaen vetyä. Jos tapahtuu ajoneuvon tämä tuottaa vedynhankintasopimuksiin, joka sisältää suuria pitoisuuksia hiilimonoksidia. PEM järjestelmiä voidaan sietää tämän epäpuhtauden. Tähän mennessä emäksinen pinot tarvitse puhdasta vetyä.

Kuitenkin koko liiketoiminnan aluksessa uudistaminen on toivottavaa kustannukset ja monimutkaisuus ja tehottomia polttoaineen kulutusta verrattuna käyttämällä puhdasta vetyä tehdään keskeisesti

Vetykaasua vetykaasua ANODI (NICKEL MESH)

ANODI (NICKEL MESH)6

Huokoinen kalvo (platinakatalyytin)
NESTE KOH (kaliumhydroksidi)
Huokoinen kalvo (hopeakatalyytin)
Huokoinen kalvo (platinakatalyytin)
SOLID NAFION POLYMER Elektrolyytti
Huokoinen kalvo (platinakatalyytin)

CATHODE (NICKEL MESH)5

CATHODE (nikkeli-seulan) happikaasun happikaasun

Kuvio. 2,13 Alkali (vas.) ja PEM solujen kaavoista verrattuna.

laitokseen. On olemassa pääasiassa kaksi tapaa vety, voidaan varastoida:kaasua tai nestettä. Koska kaasu on yleensä puristetaan 200 bar, ja varastoidaan teräksestä säiliöissä, joissa on ihmisen vahvikekuidun ja hiilen lisäaineita avustamaan imeytymistä. Tämä tekniikka toimii suuren ajoneuvoissa, jossa pullot voidaan kattoon kiinnitetty-linja, esimerkiksi. Koska neste energiatiheys on kolme kertaa suurempi kuin bensiinin, oli 57 000 BTUs per lb verrattuna 19 000 BTUs per lb bensiinin. Kaksi litraa tarvittaisiin matkustaa 500 mailia on 3 litraa/100 km (80/100 mpg) PNGV erittely ajoneuvon. Kaasun nesteytyy on -180 ° C:ssa ja 20 bar. Nykyaikaisissa super-eristetyn ajoneuvon säiliöitä, vety, voidaan pitää nestettä 2 viikkoa ilman jäähdyttämistä. 20 watin Sterling kierto jääkaappi voi pitää sitä nestettä loputtomiin. Tämä järjestelmä soveltuu käytettäväksi, joissa tila on rajoitettu, kuten lentokoneen ja autojen. Monet ihmiset uskovat puristus prosessi käyttää liikaa energiaa. Itse asiassa se on LIND Kylmäprosessissa, jota käytetään ottamaan vetyä alas -269 ° C -180 ° C, jossa vety on nestemäinen ilmakehän paineessa, joka on raskas kuluttaja kompressorin energiaa.

Polaron uskovat tekniikka mahdollistaa varhaisen vedyn käyttöä, sillä säiliön vaihto on mahdollista, kunnes investointi junassa tankkaus on mahdollista. Säiliöön auto olisi vain koko perämoottorin varustetuille veneen polttoainesäiliö. Kryogeeninen säilytys on jo vakiintunut maakaasun teollisuudessa, jossa nesteytetyn maakaasun (metaani) on -160 ° C käytetään polttoaineen 1000 hv raskaiden kuorma Euroopassa ja Japanissa.

Ottaen huomioon uudelleen polttoaine-solujen pinoja, joko järjestelmään anodi-tai katodilevyjen on 2,5 mm paksu, joten levyparin saatiin 5 mm:n muodostumista. Kummankin levyparin antaa 1 V on kuormittamaton, ja tyypillisesti 0,66 V täydellä kuormalla. Tämä merkitsee sitä, että pino pituus on noin 500 mm, ja kokoojat, joka+64 V, 7,2 kW jatkuva luokitus pinoon. Olisi myös huomattava, että pino teho kaksinkertaistuu, ainakin jos puhdasta happea käytetään ilman sijasta. Tämä on kuitenkin epätodennäköistä, sillä junassa rikastamiseen 40% happea on luvattu lähitulevaisuudessa, koska joitakin merkittäviä parannuksia pinossa kemian, erityisesti katalysaattorin alueella.

Polttoaine-solu pinon ohjataan säätämällä vedyn paine 0-30 mbar. A kierrätys silmukka sallii vesihöyryn lisätään PEM polttokennojen parhaiten kostealla vedyllä. Ilman paine säädetään muuttamalla puhaltimen nopeuden yhdessä polttoaine-solun nykyisen kysyntä. Tämä kestää 10 sekuntia kohota alhainen paine järjestelmässä, mutta voi laskea nopeasti. DC/DC-muuntimen määrittää kuormitetaan polttokennon.

2.4.1 polttokenno-LIIKETOIMINNAN STRATEGIAT

Kuten voimme nyt nähdä kuvassa. 2.14, polttokenno on monimutkainen järjestelmä ja keskeiset ongelmat ovat, että raaka-aine on pidettävä puhtaina ja tehonkulutus minimoitu ja apulaitteita. On olemassa kaksi polttokenno-käyttöjärjestelmä strategiat:korkea paine, 1-3,5 bar, ja matalapaine kello 1/20 bar hyöty korkeapainjärjestelmissä on nopea vety diffuusio kalvo, joka johtaa nopeasti vastauksena-alle 1 sekunti. Näin on mahdollista polttokenno seuraamaan ajoneuvon kuorman profiilin ja toimia ilman akkua. Tätä strategiaa pilalle warm-up asioita. Pino on 70 ° C antaa nimellistehoa. Warm-up voi kestää 15 minuuttia. Eräs toinen ongelma on se, että tehon tarjota pakatun yksiköt on huomattava-ehkä 25%:n tuotoksen huipputehoa.

Matala paine järjestelmät ovat vaatimattomat lisävirtaliitin tarpeisiin, ehkä 10% nimellisteholla täydellä teholla ja suhteellisesti vähemmän pienellä teholla. Pääasiallisia käyttäjiä ovat kompressori ja KOH pumppu. Hinta on hitaampi vaste. Se kestää tyypillisesti 10 sekuntia polttokenno ylösajamiseen täydelle teholle, joten korostustyyppiseen akku tarvitaan antamaan virtaa kiihdytyksen aikana. Tämä merkitsee, että yleensä pienempi polttokenno, voidaan käyttää.

Polttoaine-solut ovat vastakohta kaikkein sähkölaitteiden että teholla esiintyy pienin. Kun korkeapaine järjestelmä profiilin sopii moottoritien express valmentaja joissa useimmat aika

5 5

Vedyn pumpun (esitetty vasemmalla kuviossa. 2,16) on sivukuva kanava puhallin ja on toimimaan 1/30 bar ja 5 kuutiometriä/tunti märkä vety, 70 ° C, sekä vähäisiä KOH saastumista. Paine kriteeri johtaa yleensä valita puhaltimen tekemän Gast ja Rietschle. Standardi yksikkö on 150 mm kuutio ja painaa 5 kg. Toimintapiste on 2800 rpm ja virrankulutusta pumppu on noin 85 W, jossa lisäksi 36 W kuparia menetyksen moottori. Fuel Cell Control Oy kelata 2 pole S56 induktiomoottori kuin 4 napainen 20 V yksikkö. Toinen yritys tulee olemaan 8 mastojen minkä pitäisi vähentää kuparin tappio noin 8 wattia. Matala jännite on valittu turvallisuutta ja laite ohjaa lineaarista siniaallon invertteri (esitetty keskuksen kuviossa. 2,16). Dv/dt pidetään alhaisena, jotta syty itsestään, jos vety tulee moottorin kammioon. Käämit ovat pussitettu, välttää suoraa kontaktin ja vähentää vapaa tilavuus moottorin kammioon. Kaikki osat on vety kosketusalue on nikkelillä (sinkki-kupari-nikkeli). Puhallin on valmistettu alumiinista.

Ilmapumppu (esitetty oikealle kuviossa. 2,16) on noin 300 mm:n kuutio ja painaa noin 15 kg. Moottori on 1/2 hv d63 induktio laite ja on kelata kuin 8 napaan 20 V, 15 A, 325 W 192 Hz:n (2900 rpm). Vaihtosuuntaajan on kytkinyksikkö minimoimiseksi menetyksiä, koska virta-vaara on pienempi kuin vety. A 30 ampeerin invertteri antaa hyvän hyötysuhteen ja nopeuden tämän puhaltimen säädetään vaihteluita tehontarve.

Tulevaisuudessa yhtiö työskentelevät nopealla kanava puhallin, toimimaan 10 000 rpm, käyttäen Harjaton tasavirtamoottori. Tähti-käämin muodossa, nopeudella 4000 kierrosta minuutissa, se tyydyttää 5 kuutiometriä kohti tunnissa ja 10 000 rpm+45 kuutiometriä kohti tunnissa. Siten yksi malli olisi molemmissa töissä ja se painaa vain noin l kg. Kuitenkin hiljentäminen on harkittava tarkkaan.

Veden ja KOH pumput ovat vakiona 10 ja 85 watin kapasiteetin kestomagneettikoneisto harjattu DC perustuva pumput pyörii 3000 rpm on 28 V DC. Pumput on magneettisesti kytketty Talcum osat kestävät syövyttävien nesteiden (esim. kaliumhydroksidia).

2.4.3 polttokenno-säätöventtiilit ja käyttölaitteet

Valitsemalla sopivat venttiilit, niin monipuolisista median ja käyttöolosuhteita ei ole ollut helppo, kuva. 2.17. Itse asiassa venttiilit itsessään eivät ole kallis eikä raskas. Ongelma alue on toimilaitteiden ja se on tarkoitettu suunnitella uudelleen näitä seuraavan version. Tällä hetkellä ei ole työturvallisuuslainsäädäntöä paikassa vetykäyttöisten ajoneuvojen. Velvollisuutena on toimittaja osoittaa sopivuudesta tiettyyn kaikkiin kohtuullisiin varotoimenpiteisiin on ryhdytty. Katsottiin tämä muuttuu, kun elämys on saavutettu. On selvää, julistaa ajoneuvo on luokan 1 turvalliselle alueelle tuhoaisi kaiken taloudellisen kannattavuuden. Näin ollen, kuten bensiiniä ja propaania, turvallisia tekniikoita on vahvistettava ja osoitettava ennen säännöksiä täytäntöön. Jotkut ovat ilmeisiä, kuten mitään tai polttoaineen prosesseja on sisällytettävä matkustamoon. Toiset vaativat kokemusta, kuten polttoaineen varastoinnin ja jakelun. Varastointi suljetussa rakennuksessa edellyttää huolellista harkintaa.

5

Venttiilit voidaan kätevästi jakaa kahteen ryhmään, korkea-ja matalapaine. Korkeapaine yksiköt ovat vakiona metalli venttiilit sähkö solenoidi toimilaitteiden ja jousipalautus, ne toimivat 28 V kelat. Suurempien yksiköihin valittiin 2 ja 3 siten muovia palloventtiilit, käyttäen polypropeeni elimet ja EPDM tiivisteitä KOH yhteensopivuus sekä korkean lämpötilan käyttö (70-80 ° C).

Polaron oli suuri ongelma toimilaitteet. Fail-safe kanssa alhainen virrankulutus tarvittiin. Magneettiventtiilit suurempia kokoja käyttävät hallitusti keskipitkällä lentäjänä nestettä ja näin ollen ne eivät toimi luotettavasti paineet jopa 1/30 bar. Solenoidit ovat suoraohjaus ilman säästötoimenpiteet tai kestomagneetti painottamista ja näin kuluttaa sähköä merkittävästi. Lopulta typpeä käytettiin pilot nestettä, jossa 4 watti ohjausventtiiliä kontrolloida aukosta. Tämä lähestymistapa toimii hyvin, mutta venttiilejä käyttää jopa paljon tilaa, varsinkin toimilaitteet.

Tarkoituksena on tulevaisuudessa suunnitella levy jousella kytkimet liikennöivät yhteinen moottori ajaa. Tämän pitäisi vähentää määrään ja mahdollistaa paljon halvemmalla ratkaisu. Käyttölaitteet osuus oli 70% kustannusten ja 70% tilavuus venttiilejä. Todettiin olevan kapean sektorin markkinoilla, joissa kukaan ei ole kattava vaihdettavat venttiilit, tiivisteet ja toimilaitteet sopivat rasitteita.

2.4.4 ohjelmoitavan logiikan (PLC)

80 I/O-logiikka ja moduulit maksaa 1500 dollaria vuonna 1998. Määrä build voisi puolittaa tämä hinta

- Mutta läheskään tavoitteita. Mitsubishi F-sarja valittiin kehityksen kuva.

2.18. Tuotantolaitokset on tarkoitus käyttää mukautettuja suunniteltu mikroprosessori yksikkö perustuu Siemensin/Thompson C167 CAN prosessori, joka on tulossa standardi Euroopan ja Amerikan autoteollisuudessa. Tämä laite on edustettava yksi kovimmista suunnittelun haasteita. Voit muuntaa pieni jännite, raskas virtausta suurempi jännite galvaaninen, ultra-low rippelivirta ja korkea hyötysuhde. Monia ratkaisuja on analysoitu, joskin tämä on paras yhdistelmä ominaisuudet. Kuva 2.19 esittää sähköiseen järjestelmään piirejä.

Tarkastellaan neliön aalto vaihe-shift chopper:minimissä volttia tulon, meidän täysi vahvistettava saavuttaa 396 VDC. Kuitenkin pienellä kuormalla meillä on 96 V DC-linkkiä ja ehkä 90 asteen vaihesiirto välillä A ja B. Tämä ei ole liian huono, paitsi että me vain vetää lähtövirta on 50% ajasta:tämä tarkoittaa, että välipiirin sisältää 100% rippelivirta klo 2F kytkentätaajuutta. Koska pulssin leveyden tulisi olla aina 50% plus, ratkaisu on kolme tällaista Pilkkomisterien 120 °:n vaihe-eroista niiden. Tämä vaikutus on päällekkäin muuntimien jos oikeat toteutetaan. Näin ollen tarjonta nyt vain sisältää 30% ripple pahimmassa tapauksessa 6F, mutta kun virta on suurin meillä on suurin päällekkäin, ks. 2,19 (alhaalla).

Ensimmäinen yritys on luoda muuntimen, jossa kukin vaihe toimii 3 kHz, jossa torroidal

0,08 mm pii teräs ydintä. Tämä on sekä hiljaa ja tehokas. Reunat tarkoituksella pehmennetään vähentää dv/dt (kapasitiivinen aaltoilu). Matalilla taajuuksilla tämä ei maksa paljon tappiota, 10 mikrosekunnin reunat, mutta vähentää piikit kun diodit kääntää takaisin. Rakenne on sovitettavissa eri lähtöjännitteet jonka kelaus lähdön muuntajien ja kuristimien. Uskotaan, 90% hyötysuhde voidaan saavuttaa tämä malli on 60 V:n tulo, 7,2 kW. Double L/C Suodatin vaimentaa virran polttokenno-pino noudattamiseksi 0,01% aaltoisuus nimellisvirta. Syynä tähän on estää saastuttamiin polttoaine-solun katalyyttejä.

Kustannukset tämä yksikkö on ongelma. Piitä pääkytkiminä ovat LAPT transistorit klo 15 A ja 200 V käyttäen 2SA1302 ja 2SC3276, kuusi kytkimet maksaa $ 150 osissa (1998 hinnoin). Sen tarkoituksena on saada aikaan nämä osat yhdistetään suuren tehon paketin. Kuristimet maksaa $ 150 ja kondensaattorit 60 dollaria. Parantamiseksi kustannuksia korkeampi taajuus tarvitaan, aika näyttää, jos tämä voidaan saavuttaa uhraamatta tehokkuutta ja rippelivirta.

2.4.5 anturit ja muuntimet

Tämä on ehkä vaikein alue, jolla voidaan vähentää kustannuksia. Laitteet toimivat vaikeissa olo ja tällä hetkellä tehdään tilauksesta. Yksi menestys on ollut alentaa 2 kW esilämmitysosa $ 1000 to $ 200:täydellinen redesign. Muilla alueilla ei ole onnistunut yhdistämällä toimintoja, kuten virtausmittarin ja lämpötilan säätölaite on KOH silmukan. Kokonaan uuden perheen edullisia antureita tarvitaan ennen tuotantokustannukset tavoitteet voidaan saavuttaa.

5
2.4.6 polttokennoteknologiaa TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT

Se on alkuvaiheessa ajoneuvojen polttokennojen ja tärkein haaste on parempi, kevyempi, halvempi, kätevämpi osia-mieluiten muovit. Eristepakkaukset Puolijohteiden on pääasia DC/DC-muuntimet pienellä jännitteellä ja raskas nykyinen. Tämän ajan johtaa ohjaukseen alaosat määrää ja parantaa luotettavuutta. Kun pääsemme oppimiskäyrä, ja volyymit kasvavat, kustannukset laskevat. Suurimmat parannukset polttoaineen varastointiin, happipitoisuuden ja pino materiaalit tulisi johtaa jatkuvaa nousua virrantiheys ja siten pienempi pinoaa saman tehon.

5 5

2.5 Aste lämmön talteenotto avainasemassa supercar tehokkuuden

Pidemmällä aikavälillä ajoneuvojen sähköisesti liikkeelle käyttämällä vauhtipyörä varastointi Vetypolttokennot tai molempia. Nämä järjestelmät mahdollisesti tarjota suuri sykli tehokkuutta ja alhaiset päästöt tärkeää parantaa ilmanlaatua meidän iso cities11.

Bill Clintonin aloitteesta Yhdysvaltain perheautoihin saavuttaa 100 maileina gallonaa kohden vuoteen 2003 mennessä on vakava haaste konepajateollisuuden; luvussa 4. Nykyiset ratkaisut ovat kevyet rakenteet, vähentää käynnissä tappiot ja pienet moottorit. Kuitenkin Kirjoittaja uskoo, että tavoite voidaan saavuttaa käyttämällä tavanomaista ajoneuvon alustojen pieni ilmanvastus floorpans vaan huomio on keskittynyt korkean hyötysuhteen drivetrains. Pienet moottorit antavat huonon kiihtyvyyden jotta saavutetaan hyväksyttävää tasoa hybriditeknologia vaaditaan. Polttomoottori auto saavuttaa 28% tehokkuuden parantaminen moottoritien olosuhteissa ja puolet että kaupunkien ajan. Keskeinen ongelma on, miten muuntaa enemmän, että energiaa hyödyllistä työtä. Huomioon jäljempänä selvittää kahdessa järjestelyssä:(a) turbiinin talteenottojärjestelmä ja (b) lämpömittarilla talteenotolla.

Molemmissa järjestelmissä tuotettu energia muunnetaan sähköksi. Tämä johtuu siitä, että tällainen järjestely saa aikaan uskottavaa menetelmää vastaavan voiman sähkö-asemaan. On hyväksytty, että kaikki mekaaniset ratkaisut ovat kannattavia hybridiauton.

2.5.1 HYBRID ELECTRIC DRIVE

Kuva 2.20 havainnollistaa samanaikaisesti hybridi voimansiirto avulla Wankel moottori ja harjaton DC-moottori. Paketin voi tuottaa 70 kW huipputeho ja 20 kW keskimäärin. Tämä yhdistelmä tarjoaa erinomaisen kiihdytyksen käyttävät energiaa varastoidaan pieni litteä levy lyijyakku. Testit toistaiseksi näyttää tämän akku vielä tuo 100% huipputeho on 45 kW ja 80% kapasiteetista 22 000 jaksoa 30% purkaussyvyys. Terminen hallinta on elintärkeää saavuttaa näitä lukuja.

Moottori toimii kahden tahti ja tuottaa laadukkaita hukkalämpö on pako. Kaasuvirran lämpötila on noin 1000 ° C. Tämä kaasu sisältää 72% energiasta polttoaine. Jos voimme muuntaa kolmannes energian sähköksi voimme lähes kaksinkertainen NTG ajoneuvon alle moottoritien olosuhteissa.

Miksi tämä on tärkeää? Hybridi ratkaisut ovat erittäin tehokkaita tehokkuuden parantamiseen Urban ajan olosuhteissa, mutta tee mitään vaikutusta alle moottoritien olosuhteissa. Tässä on järjestelmä, joka voi alkaa ratkaista tätä ongelmaa. Oletetaan nykyisen järjestelmän vaadimme 20 kW käyttää ajoneuvoon

34

moottori ja harjaton DC-moottori.

70 mph moottoritiellä. Moottori tuottaa 55 kW hukkalämpöä. Jos kolmas muunnetaan sähköksi 18,33 kW on saatavilla ja ehkä 15 kW tästä on mekaanista voimaa. Näin ollen moottori tarvitsee vain tuottaa 60% mekaanista voimaa, jolloin saatiin samat lähtö 20 kW ja sähköjärjestelmän voidaan vähentää 10 kW. Yhteenvetona, 20 kW vaatimus voidaan täyttää käyttämällä 12 kW moottorin teho ja 8 kW hukkalämmön talteenotto valtaa. Tulevaisuuden järjestelmiä voisi parantaa näihin lukuihin.

2.5.2 TURBINE elvytyssuunnitelma

Tässä järjestelmässä käsite on käyttää pientä turbiinin järjestelmän yhdessä sähkögeneraattoria. Kuva 2.21 havainnollistaa käsitteellistä toteutumista idea. Osa mallinnus turbiini osoittaa, että riittävän tehokkaasti, nopeus 150 000 rpm ovat välttämättömiä. Jos tällaisia ​​nopeudet voidaan saavuttaa koot osat ovat pieniä. Esimerkiksi 10 kW, roottorin generaattori on 25 mm, halkaisija 15 mm pitkä. Generaattori on pidettävä erillään turbiinin vaiheissa, koska korkean lämpötilan mukana termodynaamisten prosessien. Turbiini laakerit on hydrodynaaminen kaasun laakerit-takana turbiinin roottorilla ja akseli on päällystetty siksak-kuvio, um paksu, joiden tarkoituksena on luoda turbulenssin suurilla nopeuksilla. Dynaamisesti järjestelmä toimii alle ensimmäisen kriittisestä nopeudesta.

Generaattorin laakerit tulee kulman yhteyttä laakerit (6 mm) käyttäen keraamiset kuulat (RHP-INA) ja Kluber Isoflex Super LDS 18 rasvaa. Takalaakeri on esiasennettu ja vapaa liukumaan avulla rypytetty jousen. Välinen kytkentä generaattori ja moottori voi olla kieli ja haarukka, mikä mahdollistaa helpon poistamisen, koska vääntömomentti on alle 1 Nm.

Generaattori tappiot esilämmittää tulevan ilman ensimmäisen kompressorin vaiheessa. Generaattori on laminoinnit 0,2 mm radiometal kanssa pulverimaalaus eristys sovelletaan varmistaa vähintään pyörrevirtahäviöt. Roottori on yksiosainen putkimaisen magneetin, halkaisija 22 mm ja 15 mm pitkä,

3,5 mm paksu,"one-viisi"samarium koboltti. Tämä on liimattu ruostumattomasta teräksestä akseli korkea

Moottorin pakokaasut hukkalämpö

4

ominaisvastus. Magneetit jäävät esijännitettyjen hiilikuitu rengas on 1,5 mm seinämän paksuus. Generaattori on 4 napa konfiguraatio ja koneen käämitys on suunniteltu antamaan 165 V (RMS), 150 000 rpm, jolloin tuloksena on linjan virta 42 A on 10 kW. Eräs etu tämän valmistustapa on se, että generaattori voi olla rakennettu ja testata erillään turbiini. Turbiini roottorit on vain noin 40 mm, ulkohalkaisija, ja koneistettu alumiinista. Roottorit pidetään sen akseliin Loctited muttereilla ja on reikä, keskeltä helpottamiseksi lämpötilan mittauksen. Yksi pähkinöiden sisältää haarukka kytkimiä.

Suunnittelu Näiden vaiheiden niiden kotelot ja lisääjiä ovat luottamuksellisia. Lämmönvaihdin on ilmaa tuloilmalaitteeseen mitoitettu 30 kW:n lämpötilassa 600 ° C. Sama laite toimii myös äänenvaimentimen moottorin ja erikoisrakenne tekniikoita tarvitaan kestämään korkeaa lämpötilaa poistokaasussa yksi Wankel moottorin (tyypillisesti 1000 ° C). Polaron suunnitellaan akku on 216 V nimellinen vaihtelee välillä 180 V ja 255 V nopeus turbiinin voi vaihdella koko alueella, mutta Pelkät tapahtuu vain välillä 120 000 ja 150 000 rpm.

Turbiinin kuva. 2,22, käynnistyy, kun se transistorin sillan kytketty yli diodisilta ja koska puristus tuloilman alkaa, ja on laajennettu, lähtö turbiinin toistetaan toimittaa rotaatio voima, ja transistori silta käytetään sitten kytkentäajan säädin, joka sulkee generaattorin jännite akun jännite. Anturiton ajoitus tekniikat ovat mahdollisia, mutta se on helpompi käyttää kolme Hall anturit toimivat päässä roottorin kentän järjestelmässä.

Tuuleta

4

245 V DC

150 000 RPM

IGBT-transistorit

5 kHz

Voit kysyä:Miksei kuormaa linja turbogeneraattoria leikkaavat että akku open loop perusta? Ongelmana on, että useimmissa tapauksissa ei esimerkiksi ole mahdollista saada oikea toimintapisteessä. Turbiinimoottoreissa on verrannollinen nopeuteen kuutioitu. Saadaan oikean toimintapiste vain yhteen nopeudella antama voima, kun taas akun toimii 1,75-+2,35 V solua kohti. Sen vuoksi on välttämätöntä, että suljetun silmukan ohjausprosessia on sähkövirtaan generaattorilta akkuun. Mutta on toinenkin syy, tämä tila ohjaus transistori silta mahdollistaa turbiini voidaan käyttää jarrua-sähkövirtaan on palautuva välillä turbiini ja akku. Tämä on erittäin hyödyllinen neuvoteltaessa pitkiä jyrkkien mäkien mm.

Kaiken uskotaan, että hyötysuhde on 30% on saavutettavissa tällaista prosessia, ja näin ollen järjestelmä voi olla huomattava vaikutus ja polttoaineen käyttö mukaisesti moottoritie olosuhteissa.

2.5.3 lämpösähköinen generaattori

Turbiini rekuperaattori tekniikkaan liittyy joitakin erittäin korkean teknologian mekaniikka, jotta järjestelmä toimisi. Se kysyy kysymyksiä:Onko olemassa mitään muuta tapaa saavuttaa sama tavoite? Onko solid state mahdollinen ratkaisu?

Lämpösähköisiä laitteet keksittiin vuonna 1821 ja ovat ehkä tunnetuin tänään pienten jääkaappien meillä on myös autoja ja veneitä jäähdyttämään ruokaa ja juomia. Joukko vismuttia telluridi hakkeen 40 mm neliö voi tuottaa 60 wattia jäähdytys lämpötilassa ero on 20 ° C. Jos palaamme 60 vuotta 1930 oli thermopiles joka laitetaan tuleen ja kasa jos virtaa tyhjiöputki radio. Vasta aivan äskettäin, että täällä Yhdistyneessä kuningaskunnassa joukko insinöörejä alkoi kysyä"Miksi thermopiles niin tehoton?"Mitä tapahtuu 96% energiasta, joka ei näy antoliittimistä? Siksi on lähtöjännitetaso niin pieni-tavallisesti mikrovolttia per ° C ylä lämpötilassa?

At Southamptonin yliopiston tohtori Harold Aspden heti tunnistettu vastaus tehokkuus kysymykseen. Energia oli kuluttaman kiertävän virran sisällä laitteen. Sen jälkeen ymmärtäneet, että jos yksi dielektrisen sijoitettiin lämpösähköpariston kerroksia, ja paalun oli oskilloidaan mekaanisesti, että AC-jännite on mahdollista saada jopa 50 kertaa amplitudi alkuperäisen DC-jännitteen, kuvio. 2.23. Tämä värähtely on testattu taajuudet DC RF-ja prosessi pätee koko kirjon. Tohtori Aspden on keskittynyt hänen ponnistelunsa tuottavat Thermopile taulukot käytettäväksi rakennuksen katolle, jossa lämpötila eroja, 20-40 ° C.

Jos kuitenkin palaa jätteestämme lämmön talteenotto ongelma kyse on suurin lämpötila on 600 ° C:plus ja siten vaihtoehtoisia materiaaleja vaaditaan, ja vaiheiden määrän sarjaan tuottamiseksi tietyllä jännitteellä vähenee. Mutta, top 30 ° C nykyistä laitteet voivat muuntaa 20 W tehoa joiden hyötysuhde on 25%. On korostettava, että tämä työ on vasta kehitysvaiheessa tällä hetkellä.

Lämpösähköpariston elementit sopivia ovat rauta ja Constantin 40% nickel/60% kuparia (tyyppi J termopari ainetta); 600 ° C, ja mekaaniset magnetointi, jännite 300-500 mV vaihetta kohti voidaan saavuttaa, mikä 500 solua sarjaan olisi tuottaa 216 V DC. Kiertävän virran kussakin solussa on verrannollinen lämpötilaero mutta ulostulo AC-jännite voidaan kontrolloida säätämällä amplitudi mekaanisen magnetointi. Mielenkiintoisin seikka on, että antaa 10 kW sopiva yksikkö voisi olla erittäin pienikokoinen-meidän laskelmien mukaan noin 100 mm kuutio. Uskomme mekaanista magnetointi parhaiten toimittaa ultraäänellä pietsosähköisistä antureiden ajaa HiFi vahvistin. Tehontarve on noin 200 wattia. Yksi mielenkiintoinen seikka on, että laite tarjoaa palautuva sähkövirtaan. Miten? Se voidaan muuntaa jääkaapin lämmittimen ja toimii jarrulaitteen.

5

Risteykset KYLMÄ

CERAMIC dielektriset

Risteykset KYLMÄ

IRON

45 4

 

PERINTEISET Thermopile

Lämpötilagradientti CONSTANTIN liittymissä HOT

CONSTANTIN

4

CONSTANTIN

Risteykset SARJA LIITTYVÄT DC OUTPUT ASPDEN THERMOGENERATOR

MEKAANISET

Viritysjärjestelmät

4

THERMAL

Kaltevuus

4

Viitteet

  1. Hodkinson, R., elektroninen akku, paperi 98EL004, ISATA31
  2. Hodkinson, R., alumiini Akku-tilanneraportti, paperi 99CPE012, ISATA 32, 1999
  3. Zaromb, S. ja Faust, RA-lehden Electrochemical Society, 109, s.. 1191,1962
  4. Despic, A. ja Parkhutik, V., Modern näkökohdat sähkökemian, nro 20, JOM Bockrus, Plenum Press, New York
  5. Gifford, PR ja Palmissano, JB, lehden Electrochem. Soc., 135, s.. 650, 1.988
  6. Zagiel, A., Natishan, P. ja Gileadi, E., Electrochim Acta, 35, s.. 1019, 1990
  7. Rudd, EJ, kehittäminen alumiini/Air Akut Applications Electric Vehicles, Eltech Research Corp. Sandia Nat Labs, Contract AN091-7066, joulukuu 1990
  8. ALUPOWER INC, sisäinen ALUPOWER-Kanada raportti 1992
  1. Gibbons, DW ja Rudd, EJ, kehittäminen Alumiini/Air paristot Propulsion Applications
  2. Hodkinson, R., Advanced polttokenno ohjausjärjestelmä, EVS 15, Bryssel, syyskuu 1998
  3. Hodkinson, R., hukkalämmön talteenotto-avainasemassa superauto tehokkuuteen, paperi 94UL004, ISATA 27, 1994
Kirjallisuutta

Proceedings kahdeskymmeneskahdeksas IECEC 1993 Rand et al., Akut sähköautoja, Research Studies Press/Wiley, 1998 Berndt, huoltovapaat akut, Research Studies Press/Wiley, 1993

3

Sähkömoottori ja drive-ohjain suunnittelu

3.1 Johdanto

Vaikka luku 1 lisätään valinta ja määrittely sekä EV moottorit ja ohjauselektroniikka, tämä luku osoittaa, kuinka järjestelmä-ja yksityiskohtien suunnitteluun voi itsessään tuottaa erittäin merkittäviä parannuksia tehokkuuteen, joka voi määritellä elinkelpoisuuden EV projektin. Osa avautuu keskustelun äskettäin harjattu tasavirtamoottori, jonka Nelco Oy, sähkö trukit, sitten tarkastellaan kolmea kokoa Harjaton DC-kone sähkö-ja hybridiautojen ajaa autoa, ennen kuin tarkastellaan viimeisintä kehitystä moottorin valvontalaitteita.

3.2 Sähkökäyttöinen auto moottori näkökohdat

EV moottori päättäjät Nelco sanoa vaatimukset ajomoottorit voidaan tiivistää keveys, laaja nopeusalue, korkea hyötysuhde, suurimman vääntömomentin ja pitkän käyttöiän. Yhtiö on kehittänyt niiden läpimitta rungon Nexus II moottori, General Electric kuorma toimintaa. Tässä moottori, kuvio. 3,1-aktiiviset raudan ja kuparin osuus on vähintään 50 ja 30% vastaavasti moottorin painosta. Reiät ankkurin laminoinnissa, (a), on johtanut osittain keveys ja käyttö etulevyn kommutaattorin, (b), ovat myös pystyneet pitää paino-vain 30% kuparia tarvitaan tynnyrin-tyyppinen kommutaattorin-koska riser osa harjan kosketuspinnalle. Käytettäessä alumiiniseoksesta ei-aktiivisia osia, kuten harjapitimissä

(C) on moottori, paino 132L moottori pidetään 80 kg, joiden teho painosuhde 450 W/kg. Suvaitsevaisuus korkea kiihtyvyydet tulee täydellisyyttä faceplate kommutaattorista säilyttää harja radan pinnasta vakautta. Yleensä rajoite suuri teho korkeilla nopeuksilla, etenkin kun kentän vahvuudet pienenevät, on kommutointi kyky, Nelco ylläpitää.

Patentoitu segmentoitu runko Nexus, (d) tekee tarjoaminen interpoles melko helppo vaihtoehto-optimoida commutation lainkaan nykyisiä kuormitukset, mikä vähentää harja lämmitys tappioita ja korvaamalla interpole kelan resistanssi tappioita. Kuten vääntömomentti on funktio ankkurin nykyisen, vuon ja johtimien määrä, kaikki nämä on maksimoitu. Lyhyt aika korkea virrantiheys, yli vakiomomenttisovelluksiin osan suorituskyky kirjekuoren, on mahdollista annettava riittävä jäähdytys. Kustannukset pidetään alas sellaiset toimenpiteet käyttö segmentoitua ikeen/napa kokoonpano, (e), puristettu harjanpitimet käytetään myös, (f). Kuva. 3.2 näyttää luokitus ja tehokkuutta käyrät N180L koneen.

5

100

5000

4

3750 75

2500

1250 50

25

0 0 10 20 30 40 50 60
KW
Kuvio. 3,2 N180L moottorin ominaisuudet.

3.3 Harjaton tasavirtamoottori suunnittelu pieni auto

Tällöin tutkimuksessa suunnittelun 45 kW motor1 tilasi pienelle perheelle viistoperä-Rover Metro Hermes-yksikkö oli antaa nimellistehon 3600-12 000 rpm napajännite on 150 V AC. Laitteelle on testattu dynamometrin yli koko vaipan suorituskyky ja menetelmiä, joilla parannetaan mittaustarkkuuteen käsitellään jäljempänä. Esitetyt tulokset osoittavat koneen suurella kuormituksella hyötysuhde odotuksia ja tekijöiden on tärkeää minimoida tappiot.

3.3.1 harjaton moottori PERUSTEET

Keskeistä moottorin rakenne parantaa suorituskykyä on vektori ohjaus, joka on resoluutio staattorimittaustietojen koneen kahdeksi komponentiksi nykyisten suorassa kulmassa. Id on reaktiivinen komponentti, joka ohjaa kentän ja Iq on todellinen komponentti, joka säätää virtaa. Id ja IQ yleensä vaihtovirtojen. Tässä esimerkissä, kuvio. 3,3-koneet pidetään ovat harvinaisten maametallien pinta-asennettava magneetti tyyppiä, jossa on tavanomaiseen 3 faasi staattorin ja roottorin, joka koostuu magneettivuon tuottoa useita moottorin tolppa magneettien asennettuina. Avoimen silmukan ominaisuudet koneen pidetään seuraavasti:jos akselin moottorin ajetaan ulkoisesti 12 000 rpm:n jännitteellä 260 V tallennetaan, (a). Tässä kunnossa koko kentän täydellä nopeudella, raudan menetykset ovat suuria ja staattorin lämpiää nopeasti. Tässä toimintapiste moottori voisi toimittaa noin 135 kW tehon. Tämä ei kuitenkaan ole tarkoitus rakenne, (b).

VOLTAGw

4

TO QUw VOLTAGw

260 V 1.666 Hz

4

SPwwD

4

SPwwDSPwwD

12000 rpm 4600 5600

(A) (b)

Iq XQ

er 4

Kuvio. 3.3 Esimerkki harjaton moottori ominaisuudet:(a) kuormittamattomana napajännite kun kone on toiminut generaattori;

(B) muutosta koneen napajännite kanssa ja nopeudesta (vasemmalla) vaihtelua loistehon ja vääntömomentti ja nopeus (oikealla), (c) vektorikaavio (oikealla) PMB DC-moottori (vasemmalla) ja kentänheikennyspisteen kunnossa 12 000 rpm kuormittamaton.

Vääntömomentin-nopeus vaatimus tyypillinen pieni ajoneuvo on osoitettu olevan vakio vääntömomentti, perusnopeuden (noin 3600 rpm), sitten jatkuvasti toimivalta 12 000 rpm. Tämä edellyttää kiinteä suhde rakenteellinen nopeus vähennysventtiilillä. Ensimmäisellä alueella jännite nousee nopeasti. Toisessa alueella jännite pysyy vakiona arvossa 150 V tarkoituksella käyttöön kiertävän virran-Id joka tuottaa+152 V 12 000 rpm kompensoimiseksi 260 V tuotettu laite, jättää 150 V on koneen liittimiin. Kiertävä virta tuottaa tämän jännitteen induktanssi koneen käämin. Se tuottaa myös ankkuri reaktion, mikä heikentää koneen alalla koko kentän = ankkuri reaktio+ kestomagneetti alalla antaa pienempi ilmarako virtaus ja matalampi rauta tappioita. Tämä käyttömoodi tunnetaan vektori ohjaus. Mitä tapahtuu, jos me kääntää suunnan Id? Teoreettisesti voimme vahvistaa kenttään. Kuitenkin, joiden pinta-asennettava magneetin moottorin koneen hidastuu, koska vaikutuksen kiertävän virran koneen induktanssi. Kuitenkin vääntö per vahvistin IQ nykyisen pysyy vakiona.

Jos me toimittaa moottori sakara-aaltoa invertteri olemme todenneet mielenkiintoisia ilmiöitä kun vaihdella aseman roottorin ajastussignaalit. Oikeassa asennossa staattorin virta on hyvin pieni. Kun nykyinen jää jännitteen moottori hidastuu ja tuottaa nykyistä teräviä piikkejä ja paljon vääntöä aaltoilu. Kun nykyinen johtaa jännitteen moottori toimii nopeammin ja tuottaa lähes siniaallon sileällä vääntömomenttia. Se on kentänheikennyspisteen tila haluamme käytämme torjuntastrategian, (c).

3.3.2 MOTOR DESIGN:MITTAUSMENETELMÄ

Seuraavassa tilitiedot annetaan moottorin suunnittelun, kuva. 3,4, ja ennustettu ja mitattiin tehokkuutta kartat. Mitattu tehokkuus kartoista tehtiin käyttäen muuttujan Välipiirijännite lähde invertterin. Polaron suoritettu tutkimuksia kahdella aaltomuodot:neliön aalto johtuminen kulma 180 ° ja neliön aalto harmoninen vähentäminen, johtuminen kulma 150 °, jonka tarkoituksena on arvioida vaikutuksia harmonisten moottorin suorituskykyyn, (a).

Pino 00 220 mm Runko paino 14,1 kg Stack 0 142,5 mm roottorin massan 4,12 kg Pituus 80,5 mm kokonaismassa 34 kg 0verall pituus 140,5 mm Roottorin hitausmomentti 0,016 kg m2v Pole numero 16 Lämmönvastus 0,038 ° C/W Suurin vääntömomentti 200 Nm lämpöteho 6000 joulea/° C Moottori vakio km RMS 3,03 Nm/sqr (W) Roottorin kriittinen nopeus 21 000 rpm Moottorin vakio km 0C2 89 Nm/sqr (W) Nimellisnopeus 12 000 rpm Sähkö aikavakio 10,4 millisecs Back EMF oli 12 000 rpm = 260 V Mekaaninen aikavakio 1,9 millisecs Winding resistanssi 0,096 ohmia Kitka 0,171 Nm Winding induktanssi 100 microhenries

a.
Moottorin vääntö vakio 0,3 Nm/Vektorisäätö jännite 150 V Winding tähden yhdistetty RMS riviltä riville
a = 150 ° kuultavissa a = 180 ° kuuluva SPEE0 VP melu VP melua 1000 29V 7.3 a 75W 52 dB 28V 12.4A 72W 54dB 2000 55V 8.1a 216W 54dB 55V 12.8A 216W 54dB 3000 82.6V 8.4A 396W 56dB 84V 13.2A 405W 55dB 4000 113V 9.12A 540W 56dB 110V 13.6A 630W 56dB 5000 138V 9.12A 765W 58dB 137V 13.8A 900W 57dB 6000 150V 25A 990W 59dB 150V 24A 1080W 58dB
(B)
8000 150V 87A 1440W 60dB 150V 84A 1800W 63dB 10000 150V 122A 2250 W 67dB 150V 123A 2700W 69dB

Kuvio. 3.4 Moottorin suunnittelu data:() XP1070 koneen tiedot, (b) Joutokäyntihäviöt (pelkkä kone).

Mittaaminen sähköinen syöttö on tarkasti saavutetaan käyttämällä"kolmen wattimittarimenetelmä"menetelmää. Mittaus mekaaninen teho on vaikeampaa. Polaron katsonut tarpeelliseksi kiinnittää moottorin osaksi kääntökehyksen erillinen kuormitusanturin saada tarkkoja tuloksia alhainen vääntömomentti. Jopa niin, muita ongelmia, kuten mekaanisia resonanssia ja pelaajan vaikutukset = 50 Hz yliaaltoja vaativat hoitoa arvioitaessa tuloksia. Toimivat kohdat olivat mahdollisimman suurta tehokkuutta alle 150 V AC napajännite.

Tulokset ovat muodossa kolmen tehokkuuden karttoja, jotka antavat arvioitu ja mitattu suorituskyky sekä aaltomuotoja. Menetykset Tämän tyyppinen moottorin hallitsevat resistanssi pienellä nopeudella ja rautaa tappioita suurella nopeudella. Mitä tulokset osoittavat, että alhainen nopeus suorituskyky oli ennustaa, mutta nopea suorituskyky oli yhtä tehokas etenkin kevyellä kuormalla. Syynä tähän on se, että rauta menetys nopeudella 10 000 rpm, on kuormittamaton, tulisi olla noin 1000 W, siniaalto, (b). 150 V napajännite mitattiin luku oli 2200 W. Seuraavissa kappaleissa käsitellään vaikuttavat tekijät tulos, mutta uskotaan, että merkittävimmät tekijät ovat suurempia kuin odotettiin hystereesi aiheuttamaa ydin terästä ei hehkutettu, ja odotettua suurempi pyörrevirtahäviöt koska pienempi kuin määriteltyjen eristyksen laminaateissa.

Hehkutuksen aiheuttaa hapetus teräksen pinnan, mikä parantaa välikerroksen eristys. Polaron jälkeen kerros laminoinnit epoksihartsilla sitten kiinnittää ne kiinnittimen muodostamaan kiinteään runkoon ja käämin.

3.3.3 moottorin konstruktion vaikuttavat tekijät koneen tehokkuutta

Varten staattorin tärkeitä tekijöitä ovat:(i) muoto laminointia-optimoidun laminointi on paljon suurempi ikkunan yli 50 Hz induktiomoottori laminoinnissa, ja suuremman roottorin halkaisijan suhteen staattorin halkaisija, (ii) käytetään erittäin nikkeliteräksiä on vastavaikuttaa huono lämmönjohtokyky. Ohut pii terästä hyvin eristetyissä laminointi antaa parhaat tulokset. Laminoinnit tulisi lämpökäsitellä ja ei kohdistu suuria mekaanisia rasituksia. Ydin voi olla dia sopii kotelon huoneen lämpötilassa kuin kasvu johtuu ytimen lämmitys nopeasti sulkee aukon. Staattorin OD tulisi olla alustalla, (iii) käämin on litzjohdin ja tyhjö kyllästetty varmistetaan hyvä lämmönjohtokyky. Lakka tekee 10 kertaa lämpöä ilmaraon.

Jotta roottori tärkeimpiä ovat:(i) jos magneetit ovat paksuja (10 mm tässä tapauksessa) teräs vuo tuotto on tyydyttävä, (ii) magneetit ovat epätasaisesti sijoitettu poistaa hammastuksen vääntömomentin, (iii) yksittäisiin sauvoihin ei saa olla aukkoja välillä Magneetin lohkojen muodostavat napa. Tällaiset puutteet johtavat massiivista korkeiden taajuuksien rautaa tappioita. Tämä voidaan tarkistaa kääntämällä koneen hidastamista ja havainnoimalla back-EMF kuvio. Jos on teräviä piikkejä aaltomuoto käyttäjällä on ongelmia tappioita.

3.3.4 TAAJUUSMUUTTAJA

Akkukäyttöinen asemat on parhaiten hyödynnetään energiaa varastoidaan akkuun. Voit tehdä tämän, tehokkuus sekä moottori ja voimansiirto ovat erittäin tärkeitä. Tämä pätee erityisesti auton cruise tilassa tyypillisesti kaksi kolmasosaa nopeudella yksi kolmasosa suurimman vääntömomentin, siis Polaron ehdotetaan rakentaa taajuusmuuttajaa, jossa on kaksi ohjausjärjestelmät:(i) virtalähteen ohjaus vakiomomenttikäytöissä alueella, ja (ii) jännitelähteen toiminta jatkuvassa valtaa alueella. Klo 45 kW 6000 rpm olisimme expectIL 175 A, AC 150 V, invertteri vaihtaa menetys 10 kHz, 1,8 kW, muuttaja tyydyttyneitä tappiota 0,9 kW, PWM on käämit ja IBGT laitteita.

Jos kuitenkin käyttämällä sakara-aalto on koneen taajuudella, kuvio. 3.5, ja kone toimii johtavan tehokerroin, vaihto tappiot ovat kutistaneet ylimääräisiä raudan menetystä, on 225 W, huippunopeutta. Invertterin hyötysuhde nousee 94% ja 97%. Vuonna alhaisella kierrosluvulla vakiomomenttisovelluksiin alueella ei ole vaihtoehtoa PWM jossain muodossa.

4

3.4 harjaton moottori muotoilu keskisuurten autojen

3.4.1 JOHDANTO

Tässä tehtävänä on optimoida 45/70 kW voimansiirto perheauto on future2. Tämä edellyttää parannuksia perusperiaatteita mutta paljon enemmän materiaali-ja valmistustekniikka. Käyttöönotto hybridiajoneuvojen asettaa yhä suurempia vaatimuksia moottorin suorituskykyyn.

Se on pitkän aikavälin tavoitteena on Yhdysvaltojen PNGV ohjelma vähentää kustannuksia"ydin"sähkömoottori ja ajaa elementtejä 4 dollaria per kW noin 10 dollarin hintaan vuonna 1996 johdanto toimitettujen tuotteiden määrä. Hinta voidaan laskea 6,5 ​​dollariin käyttäen uusia valmistusmenetelmiä voidaan tarkistaa alla. Säästöjä voi tulla erittäin suurista tuotantomääristä. Tämä edellyttää huomattavia investointeja, jotka eivät tapahdu ennenkuin on luottamusta markkinoilla ja tekninen kypsyys liuoksessa. Mitattuna suunnittelu, voimme lisätä nopeutta 12 000-20 000 rpm. Syistä on tutkittava, lisääntyminen edelleen tulee haitallista ellei läpimurtoa materiaaleja. Kun taajuusmuuttaja alueella Polaron uskovat paras hinta strategia on käyttää kahden muunnin 300 V akku, 600 V DC-ja 260 V moottori. Tässä oletetaan, tehotaso on 70 kW.

Moottori voi olla induktio tyyppiä tai harjaton DC. Induktio on tyydyttävä tasainen maisema/pitkien highway olosuhteissa. Saat jyrkempi maasto ja lyhyempi valtateitä kuin Euroopassa esiintyy Harjaton DC sopii paremmin-erityisesti korkean suorituskyvyn ajoneuvojen ja voimansiirtoratkaisujemme kiihtyvyys/jarrutus apua hybridiautojen. Erinomainen edistystä on tapahtunut piin kenttään. Käyttöönotto korkean luotettavuuden lanka liimata pakkaukseen yhdessä ohut ydinsulkusopimuksen sirutekniik IGBT on alentaa hintoja ja parantaa suorituskykyä. Tällä hetkellä 100 3 vaihe silta maksaa noin 100 dollaria määrän. Saapuminen Täydellinen 3-vaihe silta kuljettajien yhteen siruun edulliseen hintaan on edelleen parantaa tällä alalla. Yksittäiset kuljettaja sirut paremmin laitekohtainen suojaus ja ajaa valmiudet tällä hetkellä.

Suuri on edistytty akuissa viime vuosina. Kuitenkin on aika painopistettä. Aikaisemmin puhdasta akun sähköllä pidettiin haluttu ratkaisu. Vaikka jäljellä olevat tekniset ongelmat voidaan ratkaista, olemme edelleen haittaavat painon ja kustannusten tällaisen ratkaisun. Näin Polaron uskovat tulisi keskittyä hybridiratkaisut ja tämän akkuja optimoitu huipputeho ei energiaa kapasiteettia. Se edellyttää, paristot geometrian optimoitu huipputeho-ultra-alhaisen sisäisen vastuksen ja ehkä korkea kapasitanssin samanaikaisesti. Se varmasti vaatii uusia pakkauksia. Kapasiteetti on 2 kWh 2 minuutin nopeudella olisi riittävä keskimääräistä perheauto. Se edellyttää myös edullinen oikosulun laite ohittaa hyvä vastustuskyky soluja pitkissä sarjoissa strings.

Nyt on hyvin todennäköistä, että Harjaton DC-koneet tarjoavat parhaimman suorituskyvyn kun käytetään vektori ohjaustilassa, korkea jännite käämit, kuva. 3.6. Syy on se Harjaton DC-moottori tarjoaa alhaisimmat käämitys virta kokonaismäärärahoista toiminta. Sähköauto on saada aikaan ei-lineaarinen vääntömomentin/nopeuskäyrä kanssa vakiotehon toimimasta perusnopeuden suurimmalla nopeudella. Kun on harjaton DC-moottori, moottorin jännite voidaan pitää vakiona tämän vaihteluvälin avulla vektorisäätö. In induktiomoottori, kun moottorin täytyy kasvaa yli vakiotehon kierroslukualueella. Jos V ja I ovat jännitteen ja virran maksiminopeudella ja tehon arvot pohjan nopeus ovat V × (Base Speed​​/Maksiminopeus) 1/2, I x (max nopeus/Base Speed) 1/2. Jos maksiminopeus/base nopeus = 3,5 kertaa nykyinen tyvestään nopeus on 1.87I. Näin oikosulkumoottorin taajuusmuuttaja tarvitsee 1,87 kertaa nykyinen kapasiteetti Harjaton DC-moottori invertteri.

Merkittävin parannus vastikään harjattomiin DC-koneissa on kehittäminen Daido magneetin putki Magnaquench materiaalia. Tämä tuote tarjoaa etuja energian korkea magneetin ja eristyksen putki. Tämä johtaa kolmas merkitys, joka ei ole ilmeinen, mutta erittäin merkittävä. Pinta magneetti moottorit työllistävät yleensä suojarakennuksen holkki, joka lisää useita millimetrejä ilman ero magneettisen piirin. Koska magneetti putki ei vaadi holkin jos käytetään sen nopeuskykyyn, ohuempi magneetti putki on mahdollista säilyttäen

* N0TE:35 kW jatkuva, 70 kW aikaa mitoitettu.

Teho (3,5:1 CPSR) (kW) 45 70 70 70 150
Nopeus max 12 000 10 000 13 500 20 000 20 000
Staattori 00 (mm) 218 200 220 200 225
Roottori 00 (mm) 141 113 141 113 145
Aktiivinen pituus (mm) 80,5 190 97 110 160
0verall pituus (mm) 141 260 157 170 230
Staattorin jännite (V) 150 360 460 360 460
Max Efficiency 96% 96% 98% 96,5% 98,6%
Käämin (MH) 0,1 1,78 1,37 0,85 0,28
Käämityksen R (mW) 9,6 66 116 38 13,4
Sauvat 16 8 8 8 8
Staattori/roottori massa (kg) 19 40 21 24 358

Kuvio. 3.6 Nykyiset mallit vektori hallitun Harjaton DC-koneita.

Sama ilmavälivuontiheyden. Etuutta pienennetään magneetti painoa tietyn moottorin suunnittelu. Esim. 140 mm:n halkaisija Daido grade 3F materiaalia, jossa on 5 mm seinä toimii tukematon on 13 500 rpm.

Moottorin roottori, kuvio. 3,7, on yhdistetty magneetin putken liimattu vuon paluuletku, jossa magneetit jännitettä. Napa kuvio levitetään kondensaattorit purkautuvat magnetizer sisältä vuon paluuletku. Päätylevyt ja moottorin akselit ovat sovitetaan sitten käyttäen keskiporaus tarkkaa aksiaalinen välys. Käyttöön, joka on kiinteä roottorin ei ole käytännöllistä, ellei roottorin materiaalista, joka ei ole kyllästetty vasta 3 teslaa käytetään. Koska tällaista materiaalia maksaa 50 dollaria kilolta ontto putki on paras vaihtoehto. Käyttö magneetin putken tekee täydellisen automatisoinnin roottorirakenteella mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä työvoimakustannuksissa, kuva. 3.7a.

Monet suunnittelijat ovat houkutelleet mahdollisuus käynnissä olevia moottoreita nopeampi kuin nykyinen 12 000 rpm. Tavoitteena on vähentää piikin vääntömomentin vaatimus pyritään vähentämään painoa ja kustannuksia aktiivisia aineita. Eräs ilmeinen tapa on vaarantaa jatkuvasti valtaa

3,5:1 nopeus:alue vaatimus. Polaron omien tutkimusten nopeammin ehdota lisäystä yli 20 000 rpm on haitallista. On monia syitä:

a.
Suurin toimintataajuus on rajoitettu 1500 Hz käyttäen TRANSIL 315 0,08 mm paksuus (3,15 W/kg 50 Hz). Useimmat suunnittelijat ovat huolissaan ilman kuormaa linjahäviöitä ja pyrkivät optimoimaan tähän.
(B)
Seurauksena on (a), koska nopeus nousee yli 20 000 rpm napa määrä on vähennetty 8-6 to 4 napaa. Tämä johtaa paksumpi magneettien ja pidempi vuon paluuteiden.
°C
Optimaalinen koneen geometria on roottori OD = staattorin pituus. Polaron 70 kW kone on roottorin OD = 140 mm ja roottorin pituus 95 mm, joka on lähellä optimaalista. Koneen on 8 navat ja antaa 70 kW 4000-13 500 rpm.
(D)
Koneet, jotka ovat alle 100 mm roottorin halkaisija ei ole helppo tehdä koska käämit ei voi asettaa automaattisesti koneen. Tämä pätee erityisesti raskaan nykyisen käämien.
(E)
Koneissa, joilla on alhainen napa määrä on huono roottorin halkaisija on staattori halkaisijan suhteen, mikä lisää massaa staattorin raudan ja johtaa suurten käämin ulokkeita lisäämällä kuparia tappioita.
°F
Laminoinnit näissä koneissa tulisi olla suuri määrä hampaita vähentää lämmön kestävyys kuparista vettä tai öljyä vaippaan. Rajoitus on se, kun hammas saa aikaan mekaanisen resonanssit käyttötaajuus näitä koneita. Tyypillisesti se on 6f komponentti, joka saa herätteen (6f = 6 kertaa moottorin taajuuteen). Pii teräs (TRANSIL) on hyvä lämmönjohtavuus. Korkea nikkeliteräksiä kuten radiometal näyttely huono lämmönjohtokyky, mutta pienempi
4

50 100

(A) (b) P

rauta tappioita. Koneet korkea huippu vääntömomentin tarve on paremmin TRANSIL jossa kuparin tappiot Suurin vääntömomentti voidaan turvallisesti haihtui.

(H)
Jos parempaa ydinmateriaalia järkevään hintaan olisi käytettävissä olisi todellinen siunaus. Tämä on yksi alue, jossa on paljon parantamisen varaa. Polaron ovat tietoisia jauhetta ytimen tekniikalla sintrattu materiaaleja, mutta hampaan kärki tiheys on vain 0,8 teslan. Ferriitit ovat pahempia 0,5 teslan.
I.
Jos päättäjät ovat valmiita käyttämään eristäminen hihat, voima-nopeus kuvaaja nopeaan radial Harjaton DC koneita näyttäisi että kuvassa. 3.7a (perustuu 3,5:1 vakioteho vääntömomentti/nopeus-käyrä). Tämä on suurin teho saavutettavissa huomioon dynaamisen vakavuusvaatimukset. Tämä kaavio edellyttää kahden pisteen jousitus ja että ensimmäinen kriittinen nopeus on 20% korkeampi huippunopeus toiminta (25 kW roottori 25 000:sta 80 000 rpm olisi 57 mm OD x 100 mm).
(J)
Eräs ongelma nopea koneissa on suurempi liike-energia varastoidaan roottorissa. Tämä voi asettaa kovalle koetukselle myöhempiin nopeudesta laskijat ellei vääntömomenttia rajoittavalla lisälaitteille.
(K)
Akustinen melu on usein vakava suurella nopeudella. Alentamista kokeilla:(i) kyllästys staattorin;
(Ii)
poistamalla terävät reunat ulkopinnalla roottorin, (iii), jotka toimivat roottorin alennetussa paineessa käyttäen magneettitiivisteet tai (iv) käytetään laitetta, jossa neste jäähdytysvaipalla.
(L)
Nopeuden vähentäminen on toinen vaikealla alueella suurella nopeudella. Koska momentit ovat pieniä, kitka nopeus laskijat ovat hiljaisempia kuin vaihteistojen kymmenkertaisesti.
(M)
Laakerit ja mekaaninen vakaus ovat haastavia ongelmia turbokonetekniikassa nopeuksilla.

Polaron uskovat paras hinta/laatusuhde voidaan saavuttaa 70 kW järjestelmästä:(1) käyttäen TRANSIL 315 pino 0,08 mm paksu tehty jatkuvana kierteen avulla booli ja taivuta tekniikkaa;

(2) käyttäen roottori on valmistettu 5 mm magneetti putken pinta-asennettava rakenteen asennettu 12,54 mm, on 14/4 ruostumatonta terästä, (3) magnetointivirtaa roottorin kokoamisen jälkeen vuon tiheys on 3 teslaa ssa 2 millisecs maksimaalisen vuon tiheys; (4) valitaan staattorin taajuus on pienempi kuin 1500 Hz, tarkoittaa ilmavälin vuon tiheys 0,6 teslaa ja (5) käyttäen nestemäistä jäähdytettyyn staattori, (6) eristävän staattori maa, joilla on alhainen kapasitanssin kytkin, (7) valitsevat staattorin 215 mm OD 48 hampaiden pinon 95 mm antavat 70 kW 4000-13 500 rpm. Vaihtoehtoisesti staattori 185 mm, 24 hammasta ja roottorin 110 mm OD x 140 mm pitkä antaa 70 kW 6000-20 000 rpm, (8) käämitys koneen 460 V on vakio teho alueella (460 V 4000 rpm) Koneeseen suorittaa ohjaus generaattori avoimessa piirissä. Tämä antaa hyvän hyötysuhteen ja huomattavia käämin induktanssi minimoimiseksi operaattorin aaltoilu, kuva. 3.7b.

3.5 harjaton PM moottori:suunnittelu ja FE analyysi 150 kW kone

3.5.1 JOHDANTO

Korkean nopeuden kestomagneetin (PM) koneita, joissa roottorin nopeus on välillä 5000-80 000 rpm on developed3, sovellukset, jotka sisältävät kaasuturbiinin generaattorin kanssa mahdollisesti soveltaa hybridi sähköajoneuvojen. Moottori tarkastellaan jäljempänä käy portaattomasti jopa 2 kHz täydellä teholla, ja se on suunniteltu erilaisia ​​vaatimuksia ulostulo 150 kW. Koneen parametrit on laskettu ohjelmistopaketti 141 kehitettiin Nelco Systems Oy

Käyttöjärjestelmä on tämä malli koostui harjaton DC kone ja sähköinen invertteri (helikopteri ja DC-linkki) antaa virtaa. Suorituskyky esitettyjen parametrien tarkoituksena on tuottaa yksi suunnitteluvaatimukset koneen kuviossa. 3,8, kuvio. 3,9 osoittavat koneen ohjain.

4

Alkuvaiheessa, yksityiskohtainen erittely otettiin lähti vääntö suorituskykyä 150 Nm 10 000 eurosta 20 000 rpm tyhjäkäynnillä back-EMF 20 000 rpm on 600 V (RMS), kokonaismäärä napojen On 8 (1,33 kHz:n kello 20 000 rpm), ja suurin kokonaispaino on 45 kg.

3.5.2 Roottori ja staattori CONFIGURATION

Pääasiallinen rajoituksia todettiin olevan painon ja induktanssin, ja suuri nopeus sovellus on tärkeää pitää paino mahdollisimman pienenä, siten renkaan rakenne on sopivin, joka tarkoittaa sitä, riittävän määrän napojen vaaditaan roottorin, kahdeksan napaa tässä tapauksessa. Merkittävin etu on tämä konfiguraatio on se, että paluusuunnan varten magneettisen piirin ytimen ja poikkeutuskelayksikön on paljon pienempi poikkipinta-ala (paksuus rengas on tarkasteltava asiakkaan akselin vaatimukset). Vaikka 8 mastojen todettiin saadaan paras ratkaisu, 16 mastojen pidettiin joka johti alentamalla painoa, mutta hylättiin, koska paluureitti oli nostettava, tällä alalla, jotta riittävä mekaaninen lujuus yksikköön. Yleensä kone on suuri määrä napojen, korkealla taajuudella, tuottaa suuren ominaispinta rautahäviöksi ja vähentää staattorin massan merkitsi sitä, että koko rautahäviöksi oli muutama wattia enemmän. Jotta saavutettaisiin tarvittava käämin induktanssi, huolellista huomiota oli tehty muodoltaan staattorin laminointia vähentämiseksi raon vuotoa. Vähentäminen virrantiheyden kuparijohtimia on myös otettu huomioon, mutta raon muoto ja ala on ollut vaikutusta käämin induktanssi. Lopullinen laminointi muotoilu on optimoitu vähintään paikka vuotoa, jotta riittävä suorituskyky.

3.5.3 magneettinen materiaali VALINTA

Korkea energiatiheyttä harvinaista maametallia magneetteja, samarium kobolttia, jotka on valittu tässä suunnittelussa, koska materiaalin suurempi korroosionkestävyys, ja stabiilisuus laajalla lämpötila-alueella. Lisäksi sillä on hyvä kestävyys demagnetization, jonka magneettinen pituus lohko on suhteellisen pieni. Tämä muoto lohko on omiaan ollessa määrätty päälle ulkohalkaisija roottorin navan, tuottaa kentän d-akselilla, joka antaa etuja suuremman käytön magneetin materiaalin kanssa alemman flux vuoto, alhaisen raon vuoto jolloin alhainen käämin induktanssi. Magneetit tässä hakemuksessa on asennettu holkin roottorin ulkohalkaisija, ja mekaanista suojaa sekä fyysisesti olla magneetteja paikallaan. Hiili-kuitu holkki valittiin tähän käyttötarkoitukseen, se on ainakin kaksi kertaa lujuutta teräsholkilla vedon alaisena, niin paljon suurempi varmuuskerroin voidaan saavuttaa. Hihassa roottorin lisää tehokasta ilmarako mutta kuormaa ilmavälivuontiheyden on 0,6 Tesla on saavutettu tästä suuri energiatiheys harvinaisten maametallien magneetti. Rautahäviöksi on staattori, koska suuri taajuus, on harkittu ja on pidettävä hyväksyttävälle tasolle. Arvosana materiaali huomattava on radiometal 4550. Tämä seos on nimellinen 45% nikkelipitoisuus ja yhdistyvät erinomaiset läpäisevyys on suuri kyllästysvuon tiheyden.

3.5.4 MAGNETIC CIRCUITS

Magneettinen piiri Tämän muotoilun laskettiin käyttäen Nelco ohjelmistoa. Tärkein parametrit suunnittelussa magneettisen piirin olivat painon ja pitämään ytimen menetyksiä alaspäin vähintään vähentäen samalla raon vuodon minimoimiseksi käämityksen induktanssin. Tämä saavutetaan, kun kompromissi on saavutettu, jossa vuon tiheys hampaat on 1,15 T:n, tiheys ydin on 0,8363 T:n, ja ies vuon tiheys on 0,78 teslaa.

3.5.5 BRUSHLESS MACHINE DRIVE

Kone-asema käsittää monivaiheisen, pyörivän kentän staattori, kestomagneetin roottorin, joka on roottorin asennon anturi, ja sähköinen asemaan. Käytön aikana sähköisen aseman mukaan signaalien roottorin asennon anturi, reitittää virta staattorikäämityksen pitämään staattorin kentän kohtisuorassa roottorin pysyviä kenttä, ja näin ollen tuottaa tasaisen vääntömomentti. Käsitteellisesti asema toimii kommutaattorin DC-koneeseen, jossa harjat on eliminoitu. Tärkein etu on, että mitään virtaa ei tarvita roottorissa. Tämän seurauksena, roottorin menetykset ja ylikuumenemisen ovat mahdollisimman pieniä, syöttötehon tekijä lähestyy yhtenäisyyttä ja mahdollisen tehokkuuden saadaan. Tämä on erityisen merkityksellistä jatkuvalla teholla sovelluksissa, joissa rajoittava tekijä perinteisen induktion asemia on aina vaikea poistaa roottorin tappioita.

4
3.5.6 MOTOR DESIGN:finite-ELEMENT MALLINNUS

3D finite-elementin mallintamista (FEM) ei tarvita, koska topologia koneen x-y-tasossa on sama pitkin aksiaalista pituutta, paitsi kummassakin päässä, jossa pää kääntyy käämin olemassa. Kuitenkin 2D finite-elementin mallia on käytetty koneen laskea ja analysoida vuon jakelua siinä, kuva. 3.10. Tämä tehdään, jotta helpotetaan roottorin liikettä suhteessa runkoon, niin että ominaisuudet edun, kuten vuon modulaatio johtuen raon aaltoilu vaikutus magneetin ja roottorin navan voidaan tutkia. Voit tehdä tällaisen analyysin useita silmien on luotava, yksi kutakin roottorin asennon, ja sitten jokainen ratkaista vuorollaan. Ohjelmisto on järjestely kytkimen silmien käyttäen Lagrangen kertoimet. Tätä tekniikkaa on käytetty liittymään riippumaton roottorin ja staattorin silmää sopivalla rajapinnan tasossa, joka on liukuva Lagrangen rajapinta on sijoitettu keskelle ilmaraon. Nähtävillä (a) esittää lähikuvaa on liittynyt silmää kone, ja (b) on roottori 45 ° tukiasemasta (puolet roottorin mesh puuttuu selvyyden vuoksi).

4

Staattorikäämi vuon kytkennän aaltomuotoja kone on laskettu ajan transientti ratkaisu, koska roottorin nopeus on dynaamisesti liittyy ohjelmaa, 20 000 rpm. Kokeiluvaiheessa vuo yhteys on pääteltävissä integraation vaiheen EMF tuotetaan kone tyhjäkäynnillä. Nämä sähkömagneettisia kenttiä on osoitettu olevan korkeintaan 8%:n ero-arvo lasketaan FEM ollessa suurempi. Vuon ilmavälin mitattiin käyttämällä haku kelan, joka on laitettu staattorin puolella. Tämän haku kelan, vuon aaltomuodon merkittiin muistiin ja se on esitetty yhteen sisällä virtaus lasketaan FEM kohdassa (c). Vuon plot, kuten ääriviivat ja vektoreita, lämpötilassa 0 ° roottorin asento on kone, on esitetty kohdassa (d).

3.6 Korkea freuency moottorin ominaisuudet

Vuonna 1970 moottorin suunnittelijat esiteltiin Bipolar Darlington transistorit, jotka saa siirtyä enintään 2 kHz verkkojännitettä. Vuonna 1980 eristetyn pakkaus masteroitu ja moottori kustannukset on vähennetty. Vuonna 1990 olemme IBGT joka sallii toiminnan 16 kHz:iin ensimmäisen kerran suurella teholla. Tämä antaa suunnittelijan uuden freedom4. Tähän asti markkinoilla ala on hallinnut 50 Hz koneensuunnittelusta. Nyt voimme valita myös toimintapiste niin on kysyttävä:mikä on optimaalinen piste, ja mikä on paras moottorityypin?

Ei ole yksinkertaista vastausta tähän kysymykseen. Meillä on useita erilaisia ​​koneen kullakin on ominaisuuksia, jotka ovat hyviä erityisesti tehtäviä. On varmaa, että mitä tahansa tyyppistä laitetta käytetään, se voidaan tehdä pienemmäksi kuin 50 Hz:vastine käyttämällä suurella taajuudella rakenne. Aikana seuraavan kymmenen vuoden piilee haaste vedyn talouden kysyntää sähkökäyttöjen. IBGTs tehdä uusia invertteritopologioita mahdollista. Vaihtosuuntaajan sirulle takana moottori on nyt todellisuutta.

3.6.1 HF MACHINE OMINAISUUDET

Moottorit on suunniteltu korkeiden taajuuksien käyttö ovat monenlaisia, mutta niillä kaikilla on yhteisiä suunnitteluparametrit. 50 Hz Moottorin suunnittelija käytetään ajatukseen, että täyden kuorman toimintapiste kupari tappio = raudan menetys. Tämä ei ole totta HF koneiden-raudan menetys hallitsee, ja sen osuus jopa 80% tappioista. Toinen tekijä on tehotiheys, joka on yleensä 5-20 kertaa suurempi. Käyttämällä HF käämien merkitsee sitä, että monta kierrosta käämin vähenee. Niin suuren taajuuden moottoria voidaan odottaa olevan paljon alhaisempi käämin resistanssi ja induktanssin kuin 50 Hz:n laite.

Hyvän menetys johto on tarpeen minimoida paino ytimen materiaalista. Yleisesti, vuon tiheys hammas on suurempi kuin runkoon ytimen. On tavallista, että kaikki 50 Hz koneissa käytetään 2 tai 4 napainen käämit, HF-koneissa, 8-32 navat ovat huomattavasti yleisempiä.

Koneissa, joilla on korkea napalukuun on paljon pienempi halkaisija kerääntymistä roottori; tietyn staattorin OD suunnittelijan saavuttaa suuremman roottorin halkaisija, joka antaa enemmän vääntömomenttia ja vähentää staattorin massaa. Koneet paljon navat ovat paljon helpompi tuulen vain lyhyitä käämityksen ulokkeita. Tämä on tärkeää, koska ulokkeita sisältää käämin kuumia kohtia. Katso alla oleva esimerkki.

Dl60 runko IM 380 V 50 Hz moottori

1500 rpm 12 000 rpm
Virransyöttö 11 kW 60 kW
Taajuus Resistance Induktanssi (Ilmajäähdytteinen) 50 Hz 0.5ΩL/L 2,5 mH (Vesijäähdytteinen) 400 Hz 0,2 ΩL/L 400 mH
Staattorin vuontiheyden 1,5 Teslan 0,75 Tesla

Tällä hetkellä 500-1000 Hz edustaa optimaalinen piste staattorin rautaa. HF koneet ovat hyvin sopivia käytettäviksi ei-lineaarinen vääntömomentin nopeutta, koska on mahdollista käyttää paljon suurempia vuontiheys alhaisella nopeudella. Meidän on siis tutkittava vektori säätöominaisuudet.

3.6.2 Vector Control

Ymmärtäminen aiheesta on viivästynyt vuosia torturous matemaattisia selityksiä miten se saavutetaan. Käytännössä vektorisäätö on tehokas, koska:(1) täyden voiman staattorin säädin saadaan vastaamaan kentällä järjestelmän (2) vain yhden käämin sarja on mukana. Staattorimittaustietojen on kaksi osaa:() kentän komponentti Id ja (b) todellinen valta osa Iq. Koska nämä akselit ovat suorissa kulmissa, ne voivat olla toisistaan ​​riippumatta ohjataan niin kauan kuin alalla kykenee tukemaan vaadittu vääntömomentti.

Vector-ohjaus ei ole mitään muuta kuin loistehon ohjaus. Reaktiivinen elementti ohjaa kentän ja todellinen valta elementti rajoittaa syntyvän vääntömomentti. In oikosulkumoottoreille on lisätty komplikaatio, että täytyy olla slip välillä roottorin ja staattorin luoda roottorivirran tuottamiseksi kentän. Tämä merkitsee akselin muunnos, joka tekee kaikki vaikeasti matematiikka. Tahtimoottorit on paljon helpompaa, vektorisäätö liittyy vain manipuloinnin vaihesiirto.

Pysyvä magneetti koneet tarjoavat runsaasti joustavuutta, koska on mahdollista manipuloida kentän vektorisäätö virtaukset. Tällä ei ole haitallista vaikutusta magneetit niin kauan kuin materiaalilla on rekyylin läpäisevyys yhtenäisyyden (tai lineaarinen toinen kvadrantti demagnetization käyrä), kuten ferriitin ja samarium kobolttia.

Kuitenkin taso ampeerin kierrosta tarpeen toteuttaa alalla vaihtelee huomattavasti eri tyyppisiä koneiden mukainen magneettinen haluttomuutta d-akselilla. Voidaan nähdä, että tämä tulee kriittisemmäksi HF-koneissa, joilla on pienempi määrä kierrosta staattorin, esim. koneen, jossa on neljä sarjaa käämien vaihetta kohti. Jos käämit on sijoitettu tähti, kuva. 3.11a, tuotti back-EMF on 380 V 2800 rpm, tai antamalla kiertävä virta 100%:kenttä on 1 ja järjestämällä käämit rinnakkain delta, kuten kohdassa (b), vaihtoehtoinen syntyy. Nyt 380 V valmistetaan 30 000 rpm, ja virta 100% kentän nousee 4 (3) 1/2I tai 6.82I. Jotta saataisiin jonkinlainen idea, olen noin 30 A, jolla on 500 nm pinta-asennettava PM magneetti kone.

Se saattaa vaikuttaa houkuttelevalta luopua kestomagneetit kokonaan. Käytännössä tämä ei ole hyvä idea, koska koneessa on huono tehokerroin ja vaatii oversize invertterin. Kuitenkin, on muunnelma käsite, joka on mahdollista, kutsutaan kytketty reluktanssimoottorin. Tämä kone ohittaa Flemingin LH sääntö vaan tukeutuu vetovoimat välillä sähkömagneetti ja pehmeää rautaa. Ongelmana on, että tuotanto vääntömomentti ei ole tasainen, mutta ne ovat sopivia käytettäväksi vaikeissa olosuhteissa.

4
3.6.3 AUKI silmukoita tai suljettuja silmukoita oikosulkumoottorit

Vuoden alkuaikoina taajuusmuuttajien, avoimen piirin toiminta oikosulkumoottorit oli päätavoite. Yleensä tämä on tyydyttävä yli 10:01 kierroslukualueella, mutta on ongelmallinen hitaalla johtuen:harmoninen momentit, vakaus ongelmia-varsinkin pienellä kuormalla inertian, ja puute roottorin jäähdytyksen.

Vektori-ohjaus voidaan käyttää parantamaan stabiilisuus ja voidaan levittää avoimen piirin perusteella. Voit tehdä tämän arvioita käytetään hitausmassaan/roottorin virta ja johtaa virheisiin, joissa nopea dynamiikka ovat mukana. Kuitenkin Jardin ja Hajdu kirjoitti yksi johtavista paperit asiasta samalla kehittää Budapest raitiovaunu ajaa system6.

Kuten moottorin taajuus kasvaa, alhaisen käämin kestävyyden ansiosta pyörrevirtahäviöt, indusoima DC kiertävä virtoja käämit, ongelma. Jännitelähde invertterit ilman aktiivista tasapainottaminen eivät todennäköisesti ole tyydyttävä.

Yksi kone joka antaa erinomaisen suorituskyvyn avoimissa valvonta on haudattu PM moottorin kehittämä Brown Boveri/CEM/Isosyn ja nyt myös tuottanut GEC/Alsthom Parvex. Ken Binns at Liverpool University on tunnettu arvovaltaa tällä alalla.

Nopeaan dynamiikka ja tiukka ei korvata varsinaista suljetun silmukan toimintaan kestomagneettikone avulla vektorisäätö. Tällainen järjestely voi antaa vakioteholla vääntömomentti/nopeuden välillä 4:1 ja tämä voidaan lisätä käyttämällä käämin vaihtamalla jopa 70:1. Tällaiset järjestelmät ovat ihanteellisia pidon asemat ajoneuvojen vääntöä kaistanleveys on enintään 1 kHz.

3.6.4 oikosulkumoottorit

Eri tyyppisiä moottori, kuviossa. 3,12, oikosulkumoottoreille (IMS) ovat käytännössä jopa noin 30 kW:n ja 15 000 rpm. Näiden rajojen uuvuttavaa roottori tappiot on yleensä ongelma (1500 rpm megawatin tason koneita yleisesti rakennettu). Klo 15 kW Chat juosta tyydyttävästi jopa 100 000 rpm mutta erikoismoottori rakennustekniikkaa tarvitaan antaa voimaa häkkiin. Vesijäähdytystä suurella teholla. Tyypillinen määrittely, saattaa esimerkiksi olla 36 kW, 12 000 rpm, PF 0,9 400 Hz, 36 kW-4-napaisella:tehokkuus 0,9 400 Hz, 36 kW, 380 V, 68 A verkkovirtaa; slip (puhdas alumiini häkin) 50 rpm kylmänä, 70 rpm hot-vääntömomentti 29 Nm (0,7 Teslan), kuuma roottorin halkaisija 6, aktiivinen pituus 4 in, staattori 9 OD, vääntö alhaisella nopeudella 100 Nm (1,5 Teslan), roottori jäähdytys 8 CFM pakatun ilmassa on 17 Psi, staattori jäähdytysveden 4 litraa vettä/min.

3.6.5 Surface Mounted MAGNET tahtikoneiden

Tämä malli on ykkösvalinta suuritehoiset asemat. Roottori käsittää terästä holkin, johon magneetit on liimattu sekä suojarakennuksen nauha on asennettu ulkopuolella. Se mahtuu tavallisen staattorin vedellä takki. Tämä rakenne on käytännössä aina 0,5 megawattiin jopa 100 000 rpm ja käytetään pidon asemia.

Toinen etu on, että lähtötaajuus ei ole enää mitään tekemistä akselin rpm ja moninkertaista malleja/nopeudet yli 3000 rpm voidaan harkita. Käyttämällä vektorisäätö, jännite ja taajuus voidaan erikseen ohjata ja paljon nopeammin vasteen voidaan saavuttaa. Monet ihmiset ovat varovaisia ​​PM mallien takia huolissaan korkean lämpötilan suorituskyky. Uusin Nitromag seokset toimivat jopa 250o C. Nämä käyttävät typpeä seosaineena ja tutkitaan osana yhteisen eurooppalaisen toiminnan Magneetit ohjelmasta.

Useimmat kaupalliset tuksessa käytetään samarium kobolttia ja 1/5 erilaisia, jolla on ylivoimainen mekaaniset ominaisuudet ja 2/17. Yleensä seokset 20 MGO ovat yleisesti käytössä, ja temppu on suunnitella roottoreihin noin vakiokoko lohkot, 1 × 1/2 x 6 tuumaa paksu. Moderni korkean koersiivivoima magneetit tarvitsevat hyvin suuria virtoja ja demagnetoi magneetit ja tyypillisesti 3 Tesla saavuttamiseksi tarvitaan täyttä alustavaa magnetoinnin n. 1 ms.

Sähkömoottori ja drive-ohjain suunnittelu 71

IAL oikosulkumoottori ICL CLAW TYPE PM MAGNET MOTOR

Ilmarako 0,4 mm CLAW MODUULIT oikosulun

Monivaiheisen RENKAAT

(4 kpl) PYSYVÄ

Käämissä4 MonivaiheisenMAGNET

Roottorin akseli

AKSELI

ROOTTORI BAARIT

4 Oikosulku RING staattori

4 POLE STACK

CLAW SOUTHROTOR POLE

Laminations suljettu piiri

CLAW

il Surface Mounted PM MAGNET MOTOR idl Unio TYYPPI MOTOR iContentional constructionl

4

 

FLUX RETURN MAGNEETIT FLUX

RETURN Kestomagneetti

Staattori

ROOTTORI

4 Staattori

SLEEVE Kestomagneetti

AKSELI

FLUX

RETURNMAGNETS

Monivaiheisen STATION (Painetut piirilevyt) ROOTTORI monivaihekytketty HIHA WINDING

Closed Loop

IEL BURIED MAGNET MOTOR I4 POLEl IGL homopolaarigeneraattoreita MACHINE

HIGH haluttomuus

Staattori SOUTHPATHFIELD käämien ROOTTORIMonivaiheisen

4 Monivaiheisen

KOKOONPANO

WINDING

Staattori

CAGE aloittamisen ROOTTORI

Staattori

N

S

Laminointi

ROOTTORI

Roottorin akseli

BURIED AKSELI (ei-magneettinen) PYSYVÄ

AKSELI MAGNET NORTH

Staattori

Roottorikokoonpanoa KÄYNNISTYS/VAIMENNUSNESTEET

FIELD COIL CAGE

CAGE Open Loop-tai suljetun silmukan

Open Loop-tai suljetun silmukan

IFL KYTKINOHJATTU reluktanssimoottorin IHL reluktanssimoottorin

I8 staattori POLES. 6 ROOTTORI POLESl

Staattori POLES WINDING

Monivaiheisen WINDING

WINDING

SOLID teräsroottoriin

Staattori

ROOTTORI

AKSELI

4 FLUX AKSELI

RETURN

DAMPING CAGE

44

ROOTTORI POLES

ROOTTORI

C12 345678

Open Loop-tai suljetun silmukan

Closed Loop

Kuvio. 3,12 Moottorin tyyppiä.

Tyypillisiä kone määritys 60 kW, 10 000 rpm (pinta-asennus) olisivat:staattorin OD 10, roottorin halkaisija 7, aktiivista pituus 3 in, toimintapisteessä 0,7 Tesla 666 Hz, 8 sauvat, 380 V, 103 A, tehokkuus 0,97, tehokerroin 1, käämin vastus 0.015Ω L/L, käämin induktanssi 300 mH L/L, rauta tappio 1,5 kW 666 Hz, ydin TRANSIL 270 0,35 mm ei-orientoitunut, kuormituksen vääntömomentti 57 Nm, suurin vääntömomentti 150 Nm, vektori käyttökytkin 100 ampeerin oli 0,7 teslan.

3.6.6 ironless PM tahtimoottori

Tämä kone on kehitetty UNIQ (USA) napa asennetuissa moottoreissa käytettäväksi sähköautoja. Se koostuu laitetta, jossa on sekä sisäinen että ulkoinen roottorin, joka on mekaanisesti liitetty, ja ohut staattorikäämin joka valmistetaan tavallisesti käyttäen piirilevyyn tekniikoita. Tuloksena on kevyt kone hyvin suuren tehon tiheyden ja alhaisen käämin induktanssi, koska ei ole staattorin rautaa. Suorituskyky on paljolti laatua kestomagneetti käytetty. D-akseli haluttomuutta on korkea johtuen kaksinkertainen ilmaraossa niin, että virrat tarvitaan vektori-ohjaus voi olla suuri verrattuna tavanomaiseen PM koneella. Nämä koneet on rakennettu jopa 40 kW:7500 rpm säädettävät nopeus pienennyslaitteita jotka ovat pyöräalustaisia.

Nykyään tällaiset laitteet ovat kalliita valmistaa, koska suuri määrä PM-materiaalista, jonka on oltava koboltti/neodynium erilaisia ​​saavuttaa hyviä tuloksia. Häviöt ovat kaikki johtuu staattorin kuparia, joka yleensä toimii erittäin suurilla virrantiheydellä, jolloin saadaan hyvin ohut staattori.

3.6.7 Haavan ROOTTORI tahtikoneen KANSSA BRUSHLESS Viritysjärjestelmät

Tämä kone on joskus käytetään invertterin asemien lisäksi tunnettu käytettäväksi sähköä generaattori. Läsnäolo magnetointikoneen/tasasuuntaaja tarkoittaa, että tämä ratkaisu on soveltaa korkeampia voimia. Roottori voi olla merkittävä napa tai pinta slot rakentamisen suurella nopeudella. Kaikissa ratkaisuissa on valittu, koko kentän lämpöhäviö on moottori on merkittävä ja erityinen ongelma, jos kone on tarkoitus ajaa hitaasti suurella kuormituksella vääntömomentteja. Tämän tyyppistä laitetta käytetään veto-asemat käyttävät tyristori-pohjainen muuntimia.

PYÖRIVÄ

AKSELI

4 4

Osa 1 Osa 3 Osa 4

translated by OL
Published (Last edited): Apr 24