PROIECTAREA SCOOTERULUI ELECTRIC

 

PROIECTAREA SCOOTERULUI ELECTRIC

SCUTER ELECTRIC CU MOTOR DE CURENT CONTINUU

Sa se proiecteze un scuter electric cu motor de curent continuu care va avea urmatoarele caracteristici si conditii de proiectare:

Sa fie capabil sa transporte 2 persoane,

Sa aiba o autonomie de aproximativ 65 km si sa realizeze o viteza maxima de 35 km/h cu o greutate de 55Kg, sa fie fiabil si confortabil ;

Echipamentul de tractiune sa fie electric, si motor electric de curent continuu alimentat de la baterii de 48V/20Ah.

Costul scooterului sa nu depaseasca 1000 iar in 3 ani de zile costul acestuia sa fie amortizat.

II Date initiale :

Masa caroseriei : 45 kg;

Masa bateriilor : 5.5 kg;

Masa incarcaturii (pasageri) : 150 kg;

Viteza maxima : 35 km/h;

Acceleratia maxima : 0.55 m/s²;

Numarul de motoare : 1 motor electric;

Diametrul rotilor : 0.4m,

Controler pentru Mcc.

III Memoriu de calcul :

Memoriul de calcul va cuprinde:

Alegerea scuterului;

Schema electrica pe blocuri a scooterului electric;

Alegerea motorului;

Calculul motorului de tractiune si model matematic;

Alegerea bateriei;

Alegerea controlerului pentru Mcc;

Simularea functionarii ansamblului;

Intocmire lista componente si preturi;

Diagrama GANTT.

Alegerea scuterului :

Fig.1

Dintre scuterele electrice prezentate mai sus am ales pentru proiectare scuterul Yunntai-INE-08,scuter de putere medie avand caracteristicile dorite de noi (Fig.1.).

Masa caroseriei vehiculului este de pana la 55 kg. Pentru proiectare am ales o caroserie cu masa de 45 kg. Diametrul rotii este de 0.4 m.

Schema electrica pe blocuri a scooterului electric :

Vehiculul electric are in componenta sa patru elemente esentiale: bateria, chopper-ul, motorul termic, motorul electric de curent continuu.

Schema electrica : Varianta constructiva cu motor de cc brushless

Varianta constructiva cu motor de cc cu perii:

3.3 Alegerea tipului motorului:

Generalitati:

Definitie- un motor de c.c. fara perii este un motor electric sincron care este alimentat la curent continuu si are un sistem de comutatie controlat electronic, in locul sistemului de comutatie mecanic bazat pe perii.

In motoarele de acest tip curentul si cuplul, tensiunea si viteza au o dependenta liniara.

Comparatie intre motor de cc cu perii si motor cc fara perii:

In motorul cu perii, acestea realizeaza contact mecanic cu un set de contacte electrice de pe rotor (colector), realizand un circuit electric intre sursa de c.c. si armatura pe care se afla infasurarile. In timp ce armatura se roteste axial periile (care nu se misca) intra in contact cu diferite sectiuni ale colectorului aflat in miscare. Colectorul si sistemul de perii formeaza un set de contacte electrice care mentin miscarea armaturii. Din punct de vedere constructive magnetii permanenti se afla la exterior si armatura care se misca se afla in interior. Magnetii permanenti care nu se misca reprezinta statorul iar armatura care se invarte se numeste rotor.

La motorul de c.c. fara perii electromagnetii nu se misca insa in schimb magnetii permanenti sunt pusi pe rotor. Acest lucru creeazaproblema transferului curentului la o armatura aflata in miscare. Pentru a face acest lucru, ansamblul perii-colector este inlocuita de un controller electronic. Motorul de cc fara perii ofera o serie de avantaje fata de cel cu perii: randament mai bun, zgomot redus, durata de viata mai lunga (datorita lipsei periilor), eliminarea scanteilor ionizante din collector, reducerea totala a interferentelor electromagnetie. Deoarece electromagnetii sunt atasati de carcasa, ei pot fi raciti prin conductie nefiind necesara o racire artificiala prin ventilatie. Putem avea mai multi electromagneti pentru un control mai precis.

Comparand cele doua motoare de cc cu perii si fara perii, am decis sa utilizam un motor de cc brushless datorita avantajelor pe care la confera.

Calculul motorului de tractiune :

n_motor=2000rpm

Viteza de rotatie la arbore motorului este:

Pentru scuterul electric vom alege un motor electric de current continuu care are puterea de 500W.

In continuare vom calcula forta, cuplul si puterea necesare obtinerii viteze maxime a vehiculului.

Forta de acceleratie va fi:

Facc=m*a=55*0.55=30.25N;

Cuplul dezvoltat corespunzator acestei forte este:

Macc=Facc*r/h=30.25*0.2/0.81=7.47Nm

In cele ce urmeaza vom calcula curentul prin motor:

3.4.1 Model matematic al Mcc fara perii:

Asezarea motorului ales de noi va fi in interiorul rotii din spate.Motorul electric ales este 90BDLC-002(este un motor fara perii) avand cel mai bun randament.

De asemenea motorul contine din fabricatie senzori HALL pentru determinarea pozitiei rotorului.

Tabele comparative:

Tab.1

Tab.2

Schita motorului ales:

Diagrama de performanta a motorului 90BDLC-002:

Montarea motorului de current continuu in interiorul rotii:

3.5. Alegerea bateriei pentru motor electric

Motorul electric de current continuu utilizat este alimentat cu tensiunea de 48V/20Ah. Pentru a putea obtine tensiunea ceruta de motorul electric vom utiliza ca sursa de tensiune batera LiFePO4 de 48V. Acest lucru s-a facut dupa o analiza a duradei de viata a bateriilor LiFePO4, LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCo)O2.

Tabel comparativ a tipurilor de baterii:

Din studiul facut am decis sa alegem o baterie de tip LiFePO4 cu urmatoarele caracteristici:

Non-toxica, nu contamineaza

De dimensiuni si greutate mica

Poate fi folosita la temperaturi ridicate

Are un ciclu de viata foarte lung-de 8 ori mai lung decat al bateriilor LeadAcid si de 3 ori mai lunga decat al bateriilorNiMH

Este foarte sigura: nu prezinta pericol de explozie, nu este inflamabila la coliziune, supraincarcare sau scc

Sunt mai usor de incarcat si asigura performanta in conditii sigure

In timpul procesului de incarcare, o baterie conventionala Li-Ion necesita 2 pasi pentru a fi complet incarcata: pas1-foloseste curentul constant(cc) pentru a ajunge la 60% din incarcarea mxima, trecand apoi de la cc la tensiune constanta (cv) cat timp curentul de incarcare scade. Primul pas necesita 2 ore iar cel de al doilea necesita alte 2 ore.

Bateria LiFePO4 poate fi incarcata printr-un singur pas la curent constant pentru a atinge 95% din incarcarea mxima sau poate fi incarcata la cc+cv pentru o incarcare completa.

Ca si la bateriile LeadAcid, celulele din batera LiFePO4 conectate in serie se echilibreaza intre ele in timpul procesului de incarcare. Bateria LiFePO4 are o durata de viata de pana la 2000 de incarcari.

Bateria aleasa:

Incarcare rapida:

3.6. Alegerea controlerului pentru motorul electric de current

continuu fara perii.

Motorul electric ales de noi este un motor cu 3 faze.

Diagrama simplificata a unui motor brushless de c.c. :

Insa, pentru fi mai efficient si mai rezistent in timp, motorul electric este un motor de current continuu fara perii. Datorita acestui fapt actionarea noastra are nevoie de existenta unui controller de 48V/20A. Pentru a inlocui rolul periilor se fofoleste o comanda electronica. Controlerul are rolul de a determina pozitia rotorului, cu ajutorul unor senzori HALL si de a alimenta fazele corespunzatoare pentru o miscare continua a rotorului.

Controlerul ales este un controler care pe langa functia de a actiona motorul, mai are si functia de a incarca bateria LiFePO4 la franarea acestuia. Controlerul ales este: CN11 48V 500W Controller: Fig.2

Fig.2

Comanda controlerului CN11:

Fiecare sensor HALL are 2 stari, in functie de pozitia rotorului: High-pentru 180 grade electrice iar Low- pentru restul de 180 de grade.

Figura de mai jos este o diagrama in timp ce arata legatura dintre iesirile senzorului si tensiunile cerute de motorul in miscare.

Puntea trifazata care comanda intrarea in conductie a fazelor motorului:

Pe fiecare brat avem 2 IGBT-uri. Acestea nu pot fi comandate in acelasi timp deoarece fiecare conduce cate 180 de grade in functie de starea High sau Low a senzorului de pe faza respectiva.

3.7.Simularea si testarea blocurilor functionale

In paginile urmatoare se va prezenta simularea principalelor blocuri functionale in PSIM:

Simularea motorului de curent continuu brushless la mers in gol cu reactie a vitezei la tensiunea nominala de 48V si turatia impusa de 500rpm

Formele de unda ale turatiei(impusa si masurata) si cele ale curentilor pe faza ale motorului:

Se observa ca turatia masurata urmareste dupa 0.1s turatia impusa.

Formele de unda ale tensiunilor pe faza ale motorului si cea a cuplului electromagnetic:

3.8.Intocmirea listei de componente cu caracteristici si preturi

Avand in vedere cele de mai sus, costul scooterului electric se va ridica in jurul sumei de 1.000 .

BIBLIOGRAFIE:

https://www.zapworld.com/electric-vehicles/electric-scooters/zapino-electric-scooter

https://www.electricscootercity.com/Models/ElectricScooters/tabid/66/Default.aspx

https://www.exportscooter.com/catalogs/2008020457484009.pdf

https://www.alibaba.com/productgs/203190598/YUNNTAI_Traveler_electric_scooter.html

https://www.transmotec.com/PDF/Catalogues/Motors_Brushless_DC_Catalogue_15W

-1300W.pdf

https://electronics.howstuffworks.com/electromagnet.htm

https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00857a.pdf

https://www.made-in-china.com/showroom/chengjinzhong/product-detailZqymKWocEQri/China-Electric-Scooter-INE-08-500W-.html

https://www.jbpi.or.jp/english/JBG/JBG2008-2009/data/014-015.pdf

https://www.rcboataholic.com/motors/motor_brushless.html

https://www.e-ride.ca/Electric_VehicleParts/index.htm#