FEL: BUGGY – elektromobil

První skutečný elektromobil realizovaný na ČVUT-FEL
Projekt elektromobilu je směřován pro vývoj elektropohonu závodního vozidla třídy "Formule Student Electric". V tomto projektu spolupracujeme s Fakultou strojní ČVUT, kde vznikla skupina studentů a mladších pedagogů, kteří se účastní celosvětové soutěže formule student. V této soutěži jsou zastoupeny kolektivy studentů z 420 vysokých technických škol po celém světě. V roce 2011 byl sestaven tým studentů, kteří mají zájem o tento způsob pohonu a na základě zkušeností předchozích generací sestavují závodní model "Formule Student Electric" a připravují se na mezinárodní závody v Evropě - formulastudentelectric.de. Celý projekt elektromobilu je financován z grantů a finanční podpory sponzorů a jejich materiálních darů.

Návrh elektro-pohonu pro lehký elektromobil
V současné době dochází k velkému boomu elektro-automobilů. Katedra elektrických pohonů na ČVUT FEL v Praze nemůže zůstat stranou, a proto řeší hlavní pohon elektromobilu a dalších podpůrných elektro-obvodů moderních vozidel. Pro lehké vozidlo typu bugy byly navrženy dva nezávislé elektromotory pro pohon zadních kol, která nejsou propojena diferenciálem, ale zadní kola jsou řízena pouze elektricky. Pro pohon byly zakoupeny a otestovány dva základní pohony od firmy PERM MOTOR Member of the HEINZMANN Group typu PMS 100 – Permanenterregter Synchronmotor.

Při rozhodování, který typ motoru použít je zapotřebí zvážit několik kritérií. Dostupnost, motorové charakteristiky a jeho řiditelnost. Energetická náročnost, použití napájecích baterií a jejich životnost. Cílem tohoto experimentu je určit vhodnost vybraného pohonu, a naučit se jej řídit tak aby dva nezávislé pohony zádní nápravy nahradily mechanický diferenciál.

Konstrukce pohonu ze dvou nezávislých elektromotorů
Pro realizaci projektu lehkého elektrovozidla byl vybrán a zakoupen prototyp malého užitkového vozidla typu BUGGY od firmy HAVEL (známý konstruktér a autokrosový závodník 90 let). Pro realizaci projektu bylo zapotřebí navrhnout a vyrobit zadní pohonnou nápravu. V prostorách laboratoří katedry byla zadní náprava vyrobena. Použité motory PMS 100 mají provozní otáčky 1000-6000 1/min proto pro jejich využití bylo nutno zabudovat zpomalující převody pomocí planetové převodovky s poměrem 1/6.75 a ozubeným řemenem 1/2 s celkovým převodem 1/13.5.

Řídicí jednotky pro elektropohony
Pro napájení elektromotorů byla vybrána jednotka "AC DRIVE" určená pro pohon menších elektrických vozidel nebo jiných zvláštních aplikací. Například golfových vozíků, invalidních vozidel nebo pohonu lodí. AC Drive se vyrábí ve verzích 24/36V a 48V, pro výkony až 15kW.

AC Drive je malý, efektivní a nabízí vynikající výkon pro celou řady různých aplikací. Řídicí jednotka moderní koncepce s digitálním řízením, nastavení parametrů regulátoru je realizováno pomocí sběrnice CAN-open.

Pomocné obvody pro ovládání elektrovozidla
Pro zajištění snadné ovladatelnosti a bezpečnosti jsou pomocné elektrické obvody nedílnou součástí elektro-výzbroje automobilu. Hlavní napájecí měniče pohonných jednotek po uvedení do stavu pohotovosti, si sami zapínají silové napájení.

V obvodech jsou umístěny jak jistící prvky proti přetížení tak i hlavní odpínací prvky. Ovládání podle předpisu je realizováno na palubní desce tak i na hlavní rozvodné skříni. Součástí pomocných obvodů je také systém nabíjení baterií přímo z rozvodného systému 230V.

Palubní deska elektromobilu
Na palubní desce elektrovozidla jsou hlavní ovládací bezpečnostní prvky – spínač s klíčkem, napájecí a blokující prvky hlavních měničů. Dále je zde panel systému PLC, kde jsou zobrazeny průběžné provozní veličiny – rychlost, napájecí proud, napětí baterií, teplota měničů. Dále systém PLC slouží k řízení pomocných elektrických obvodů – světelné ukazatele směru, osvětlení vozu. Dále je na palubní desce vyvedena sběrnice CAN-open pro nastavování a monitorování napájecích měničů obou hlavních pohonů. Ovládací prvky lze podle potřeby upravovat pouhou změnou softwaru řídícího PLC.

Uvedení do provozu a následná kontrola elektro-výzbroje
Realizaci měření během uvádění elektropohonu do provozu jsme provedli na zapůjčených přístrojích od firmy Rohde & Schwarz Praha s.r.o..

Kontrola napájecích měničů byla realizována pomocí digitálního osciloskopu RTO 1014 a proudových LEM sond pro každou napájecí fázi elektropohonu.

Komunikační protokol mezi řídicím počítačem PC s programem pro úpravu režimu a vlastností hlavních měničů komunikující po sběrnici CAN-Open byl sledován v režimu DECODE – CAN. Datový protokol byl naměřen a ověřena jeho správnost.

Další součástí provedených měření bylo orientační ověření EMC -Elektromagnetické kompatibility. Pomocí přístroje Rohde & Schwarz ESPI Test Receiver jsme ověřit, že použité měniče v provozním stavu (zatížené – jízdní režim) nevykazují žádných nežádoucích rušení v pásmech nejčastěji využívaných v technice.

Pro potvrzení prvních základních měření byl využit další měřicí přístroj R&S PR100 Portable Receiver, který potvrdil, že testovaný elektro automobil nevykazuje během jízdy nedovolené elektromagnetické vyzařování ve sledovaných pásmech.

Článek je ukázkou ze sborníku L.P.Elektro č.49