1

Raport de prezentare si demonstrare

a functionalitatii si utilitatii

solutiilor privind echiparea unui vehicul cu propulsie electrica

realizat de ICPE

Proiectarea si realizarea mode ului experimental al sistemului

în cadrul proiectului

Sistem modular de propulsie electrica, realizat in tehnologie flexibila,

pentru vehicule terestre si ambarcatiuni / SIMOPEL

„

Contract 16DPST/2013 Programul INOVARE - Subprogram Dezvoltare Produse - Sisteme - Tehnologii

2

Elaborat: ICPE SA

Data si locul prezentarii: 03.10.2014

Locul: ICPE, Splaiul Unirii 313, sector 3, Bucuresti Prezentarea si demonstrarea solutiei a avut loc in cadrul conferintei EV 2014

Participanti:

ICPE: Virgil Racicovschi – Director General Ion Pauna – Director Tehnic Mihaela Scortescu – Director Centru Mihaela Chefneux – Cercetator Stiintific II Viorel Stanciu – Cercetator Stiintific II Paul Minciunescu – Cercetator Stiintific I Paula Anghelita – Cercetator Stiintific II Stelian Marinescu – IDT I Cristian Boboc – Director Centru Viorel Ursu – Director Centru Ionel Popa – Director Centru Alina Badila – Director Marketing

UPB: Claudia Popescu – Prof. univ. dr. ing. Mihai Popescu – Prof. univ. dr. ing. Valentin Navrapescu – Prof. univ. dr. ing. Dragos Deaconu – Sl. univ. dr. ing. Aurel Chirila – Sl. univ. dr. ing. Technosoft: Liviu Kreindler – Prof. univ. dr George Casaru – Ing. Servosisteme: Caius Gamulescu – Ing AVER Grigore Danciu – Prof. univ. dr. ing. Nicolae Mocioi – Director executiv AVER

3

Obiectul prezentarii: Rezultate obtinute de ICPE in cadrul proiectului SIMOPEL Scopul prezentarii:

Prezentarea si demonstrarea solutiilor privind sistemele de propulsie pentru

vehicule electrice .

Prezentarea a fost facuta de Viorel Stanciu (director proiect).

A fost prezentat modelul experimental realizat in cadrul contractului. (autoturism

echipat cu modulele de propulsie electrica, executate in cadrul proiectului SIMOPEL).

4

Scopul în care a fost realizat modelul experimental este de a prezenta şi demonstra functionalitatea subansamblelor componente ale sistemului de propulsie electrica realizate in ICPE. Soluţia de echipare electrică nu este omologată; în acest sens se recomandă utilizarea produsului numai de persoane avizate, care să poată detecta eventualele defecţiuni inerente perioadei de testare a unui model experimental şi să poată interveni pentru a le remedia, în mod obiectiv. Se recomandă ca în perioada de testări produsul să nu fie expus ploilor abundente, nici în functionare nici în staţionare, deoarece pătrunderea apei în interior poate provoca defectiuni majore ale schemei electrice, chiar scurtcircuit. Pentru efectuarea probelor în cele mai bune condiţii, ar fi recomandat ca persoanele utilizatoare să deţină competenţa pentru efectuarea încercărilor, astfel incat scopul proiectului să fie atins.

Acţionarea electrică a autoturismului constă în următoarele subansamble principale: A. Modulul de propulsie (tractiune) – motor electric B. Modul sursa de energie

� acumulatorul electric pentru propulsie � blocul de management si control al bateriilor

C. Modulul de management al energiei � Invertorul motorului electric cu controler inclus � Incarcator la bord pentru baterie

D. Sisteme auxiliare Motorul electric

Motorul electric este legat mecanic de cutia de viteze a vehiculului, printr-un cuplaj de adaptare între axul motorului şi axul ambreiajului;este plasat în partea din spate a vehiculului, in compartimentul motor, transversal pe axa spate motoare.

Motorul de propulsie electrica este un motor de curent continuu fara perii (BLDC), excitatia fiind asigurata cu magneti permanenti din pamanturi rare. Constructia lui a fost proiectata pentru racire cu aer avand un ventilator incorporat.

Caracteristici tehnice principale :

• Putere la ax: 10 kW ( in regim de functionare S1 uniorar)

• Tensiune de alimentare nominala: 48 V

• Turatie nominala: 3500 rot/min

• Curent nominal (in regim uniorar): 240 A +/- 10 %

• Cuplu nominal: 28000 Nm*m

• Eficienta in regim nominal: 86% Modul sursa de energie

Blocul Acumulator electric pentru propulsie este amplasat in partea din spate a habitaclului, imediat in vecinatatea invertorului de tensiune.

Blocul de management si control al bateriilor are partea de control local al elementilor acumulatori plasata pe fiecare al doi-lea element al bateriei. Partea de management central este plasata pe bordul vehiculului.

Blocul Acumulator electric este format din 16 elementi acumulatori cu LiFeYPO4 de tip LFP90AHA cu caracteristicile principale:

- Capacitate nominala: 90Ah - Tensiune nominala de functionare: 3,4V - Tensiune maxima admisibila la incarcare: 4.0V - Tensiune minima admisibila in sarcina: 2.8V

5

- Greutate 3 kg Bateria de acumulatori formata astfel are posibilitatea de a stoca o energie electrica

We = 90 * 3,4 * 16 = 4896 Wh. Deoarece elementii acumulatori nu trebuie descarcati total, energia electrica utilizabila este:

Weu = 4 kWh si are o tensiune la borne in regim nominal Ub = 54,4V Greutatea blocului de baterii este de Gb = 48kg. Blocul de management si control al bateriilor are trei subansamble functionale : - Subansamblu LMS (sistemul de monitorizare locala) - Subansamblu Power SW (comutare de putere) - Subansamblu BMS (Control general al bateriei) Subansamblu LMS monitorizeaza doua celule LiFeYPO4 conectate in serie.

Masoara tensiunea si temperatura pe fiecare element si curentul de incarcare /descarcare al elementilor (citirea curentului cu shunt) si deasemenea masoara incalzirea contactoarelor statice de incarcare/descarcare a bateriei.

Asigura controlul balansarii elementilor LiFeYPO4 comandat din unitatea centrala sau autonom.

Are o iesire de semnalizarea avarie(element suspect care nu se poate incarca , cu capacitate redusa sau se supraincalzeste) ,independenta fata de comunicatia seriala.

Comunica serial cu unitatea centrala prin RS485 cu izolare galvanica Domeniu de tensiune pe element LiPo monitorizata : 2...5V Curentul consumat :0.3mA in standby/2mA in modul activ. Subansamblu Power SW conecteaza consumatorul pe baterie cu posibilitatea

controlarii pantei de curent (nu apare fenomenul 'inrush current'). Este comandat de unitatea centrala si monitorizeaza temperatura de incalzire a

radiatorului . Tensiunea maxima de lucru: in 3 variante de 100V/150V/250V. Curentul maximde lucru: 300A/10sec

250A/10min 150A nominal/permanent

Puterea consumata: 0.15W/ON /contactor static, 0.015W/standby(ambele contactoare statice pe OFF)

Subansamblu BMS asigura monitorizarea parametrilor optimi de lucru ai bateriei LiFeYPO4. - Numarul elementelor monitorizate 2...100,respectiv cu 1...50 module LMS, comunicarea cu acestea se face serial si in plus inca cu o linie pentru semnalizarea avariilor. Sunt monitorizate urmatoarele marimi: - Tensiunea bateriei ,respectiv tensiunea fiecarui element in parte, - Temperatura fiecarui element al bateriei, - Curentul de incarcare/descarcare, - Puterea disponibila , - Caderea de tensiune pe siguranta fuzibila inseriata cu bateria.

De asemenea asigura comunicarea parametrilor bateriei si comenzilor cu celelalte

module din system serial prin CAN izolat galvanic si RS232. Detecteaza prezenta incarcatorului. Comanda conectarea/deconectare sarcinii pe baterie si a conectarii/deconectarii

incarcatorului prin intermediul unitatii POWER_SW. Are 2 iesiri pentru comenzi externe una cu releu ,una cu optocuplor. Are o intrare pentru comanda externa ,cu optocuplor. Are display LCD pentru afisarea parametrilor curenti ai bateriei , a comenzilor si a

anomaliilor.

6

Are sursa de alimentare inclusa si este alimentata direct din bateria principala. Tensiune de lucru:50...370Vdc ,in 3 variante 50...100V/100...200V/200...370V. Puterea consumata maxima: 4W cand afisajul LCD este iluminat. Poate functiona fara baterie auxiliara de 12V .

Indicatiile display-ului aflat la bordul vehiculului sunt urmatoarele:

Bateria este in parametrii normali si nu este conectata sarcina sau charger. Tensiunea bateriei→ ← Temperatura bateriei Curentul debitat → ← Capacitatea bateriei . Se conecteaza sarcina: -se debiteaza curent spre motor: -se porneste motorul electric, bateria este in parametrii normali, Tensiunea bateriei→ ← Temperatura bateriei Curentul debitat → ← Capacitatea bateriei ↑ POWER ON

La conectarea chargerului,incepe incarcarea bateriei. -la sesizarea conexiunii cu chargerul , BMS-ul deconecteaza circuitul sarcinii si cupleaza chargerul -incarcarea dureaza atata timp cat : -curentul de incarcare nu scade sub 1A -tensiunea bateriei este sub 60V

-capacitatea bateriei este sub valoarea nominala,90Ah -tensiunea pe un element oarecare nu depaseste 4V -temperatura pe un elment oarecare nu depaseste 55°C

-timpul de incarcare nu depaseste 8h Tensiunea bateriei→ ← Temperatura bateriei Curentul absorbit → ← Capacitatea bateriei ↑ CHARGER ON

Afisarea tensiunii si temperaturii pe fiecare element: -acest ecran apare cand se apasa tasta Enter -poate fi apelat oricand Tensiunea elementului → ← Temperatura elementului

055.3V 27°

-010.2A ch 089Ah

EL01 3.312V 027°

EL02 3.320V 028°

052.6V 24°

+082.4A 078Ah

052.6V 24°

+082.4A ◄ 078Ah

7

Pe afisaj apar cate 2 elemente simultan, in ordine crescatoare, pana cand se

afiseaza ultima pereche de elemente.

Atunci cand apare o eroare pe o celula oarecare din baterie sau daca se creaza supracurent in circuitul de putere la o valoare de peste 250A, sau la incarcare peste 225A, sau se pierde comunicatie dintre un modul “LMS” si “BSM central”, se va deconecta circuitul de putere sau incarcatorul si se va afisa tipul erorii respective. Cand se afiseaza eroare de capacitate redusa a bateriei nu se poate porni motorul electric, BMS-ul accepta doar conectarea chargerului.

Acest tip de eroare apare la conectare ,cand tensiunea baterie este sub 48V (=2.8Vx16 el.), in gol, la o baterie cu 16 elemente. De asemenea mai apare si in timpul functionarii, daca tensiunea in sarcina este sub 44.8V, caz in care motorul electric se va deconecteaza. Tensiunea bateriei→ ← Temperatura bateriei ← Capacitatea bateriei

- Atunci cand apare o eroare la un element din baterie apare un ecran de eroare: Ecranul apare atat in gol, atunci cand sunt decuplate si sarcina si chargerul, cat si in sarcina. Motorul electric cat si chargerul vor fi deconectate de BMS. Nr. elementului → -tipul de eroare afisat : -supratensiune pe un element: ELxxU -subtensiune pe un element: ELxxu -supratemperatura pe un element : ELxxT -supratensiune si supratemperatura pe un element: ELxxUT -subtensiune si supratensiune pe un element : ElxxuT

unde: xx reprezinta nr.de ordine al elementului din baterie

Se pot afisa simultan erorile la 4 elemente diferite din baterie, daca sunt mai multe, se afiseza pe un nou ecran.

Invertorul motorului electric cu controler inclus

Modulul Invertor electronic cu controler inclus este amplasat in compartimentul motor deasupra motorului electric.

Invertorul electronic cu controler inclus realizează adaptarea alimentării motorului cu o tensiune chopată de amplitudine fixă (cca.50V) şi durată reglabilă, de valoare medie proportionala cu nivelul de apasare al pedalei de acceleratie. Adaptarea de la tensiunea continua fixa furnizată de baterii la o tensiune variabilă, conform comenzilor, se face prin intermediul unui regulator tip PWM realizat cu procesor DSP.

Invertorul este realizat dintr-o parte pasiva ( radiatorul de răcire) pe care se monteaza atat tranzistoarele de putere cat si placa de comanda. Placa de comanda este

047.6V 24°

Lo Bat 022Ah

EL12UT

8

alimentată de la o sursa interna de tensiune, un convertizor CC/CC. Principalele caracteristici ale acerstui bloc de management al energiei transmisa

motorului electric sunt urmatoarele :

- Utilizabil pentru motoare de curent continuu fara perii - Zgomot redus, fluctuatii de cuplu foarte mici - Eficienta maxima 98% - Grad de protectie IP66 - Franare regenerativa - Control automat al vitezei de croaziera (Cruise Control) - Protectie la supratemperatura atat pentru motor cat si pentru etajul de

putere al invertorului - Control prin procesor DSP - Posibilitatea de sincronizare cu alt controler - Programabil prin port USB - Curentul maxim de impuls la iesire timp de 1min. 600A - Curentul maxim de impuls la intrare 300A - Controlul sensului de rotatie al motorului - Protectie la supratensine si pentru tensiune minima la baterie - Limitarea turatiei motorului pentru tensiune minima la baterie - Limitarea curentului de iesire functie de temperatura motorului - Protectie pentru tensiune prea mare de acceleratie

Sisteme auxiliare

Ruptorul general este montat în compartimentul destinat bateriei de acumulatori

imediat in vecinatatea acestora. Ruptorul de avarie este dimensionat la 250 A si 100 V c.c. este comandat cu

ajutorul intrerupatorului de la cheia de contact, fiind alimentat la 12 V de la bateria de serviciu(prin intermediul unui releu intermediar).

Dispozitivul de comanda pentru accelerare: Partea fixa a dispozitivului se amplasează în compartimentul motor (fixat de o parte rigidă), fiind legat de pedala de acceleratie prin cablul de acceleraţie.

Dispozitivul are scopul adaptării conducerii vehiculului la comenzile clasice; în acest sens, accelerarea masinii se va realiza prin apăsarea pedalei de acceleraţie, convertindu-se apăsarea într-o comanda pentru convertorul electronic, tradusă prin alimentarea motorului cu tensiunea corespunzatoare turatiei dorite.

Dispozitivul de comandă se alimentează la tensiunea de 5V (de pe placa de comanda) si furnizeaza la iesire o tensiune de 0-5 V pentru comanda regulatorului.

CONCLUZII

Prezentarea modelului experimental al vehiculului echipat cu propulsie electrica a

fost realizata in scopul de a demonstra functionalitatea solutiilor precum si a posibilitatilor de testare a diferitelor module realizate in cadrul proiectului SIMOPEL.

Astfel, in ceea ce priveste motorul ales pentru acest model experimental, rezultatele obtinute vor fi utilizate pentru simularea conditiilor de functionare in sarcina a celorlate tipuri de sisteme de propulsie dezvoltate in cadrul contractului.