AUTOBUSY. Część 4 Konwersja napędów spalinowych na elektryczne. Ostatnie wyzwania, ale czy na pewno…

To kolejny artykuł realizowany w ramach Programu Operacyjnego „Inteligentny Rozwój” nr projektu POIR 01.01.01-00-1705/20, dotyczącego konwersji napędu spalinowego na elektryczny w autobusach. Warto więc podsumować dotychczasowe osiągnięcia i zastanowić się jakie wyzwania postawi przed nami projekt w przyszłości. Chociaż nie możemy pochwalić się w pełni wykonanym zadaniem, wiele ambitnych celów zostało spełnionych, które z pewnością przybliżą nas do osiągnięcia sukcesu i przedstawienia ostatecznych wyników prac.

Dotychczasowe osiągnięcia
W odpowiedzi na ciągle rosnące zapotrzebowanie na projekty i realizacje sprzyjające naszej planecie oraz środowisku, powstał nowatorski pomysł konwersji konwencjonalnych napędów spalinowych na coraz popularniejsze napędy elektryczne. Branża automotive prężnie rozwija się w tym temacie od lat, a przedstawiany projekt idealnie wpisuje się w tę konwencję.

W końcu nie musimy budować całych maszyn od nowa, wystarczy zmiana napędu na bardziej ekologiczny. Dzięki zaangażowaniu wielu osób i placówek, m.in. Politechniki Warszawskiej, sukcesywnie rozwiązywano problemy i realizowano zamierzone cele, które również były opisane w poprzednich publikacjach.

Pierwszym etapem było dokładne przemyślenie umiejscowienia baterii trakcyjnych w oparciu o pakiety dostępne na rynku, najlepszą lokalizacją okazały się podpodłogowe przestrzenie bagażowe, co potwierdziły przeprowadzone analizy wytrzymałościowe konstrukcji autobusów.

Kolejnym etapem było zaprojektowanie specjalnych szuflad przeznaczonych do przechowywania baterii. Ograniczenia gabarytowe wyznaczał bagażnik, a wytrzymałościowe waga akumulatora. Tak powstały cztery szuflady z miejscem na baterie trakcyjne. Następne kroki doprowadziły do stworzenia modelu 3D struktury autobusu wyposażonej w silnik elektryczny wraz z inwerterem oraz opisywane wcześniej zasobniki energii.

Etap III projektu nie dotyczył samego pojazdu, lecz specjalnie zaprojektowanego stojaka na baterie, który miał służyć jako magazyn na akumulatory, gdy nie będą one akurat użytkowane. Całość również została poddana analizie wytrzymałościowej MES.

Projekt ten musiał również zawierać wiele założeń względem funkcjonalności autobusu. Częstym pytaniem i trudnym tematem są osiągane zasięgi pojazdów napędzanych silnikami elektrycznymi. Dlatego bardzo ważne było stworzenie odpowiednich algorytmów liczących zapotrzebowanie energii przy zadanych warunkach, takich jak np. opory powietrza, prędkość, obciążenie pojazdu, ukształtowanie terenu.
 

Dodatkowo należało monitorować ilość pozostałej energii w bateriach i na tej podstawie przewidywać pozostały zasięg pojazdu. Realizacja tych zadań przypadła na etap IV projektu.

Model obliczeniowy, czyli etap IV
Zaprojektowany model obliczeniowy został zrealizowany w postaci programu komputerowego liczącego zużytą energię. Wspomniany model zaprojektowano w dwóch wersjach, wykorzystujących odmienne dane do pomiaru tych samych efektów, czyli estymacji zasięgu.
Model 1 jako dane wejściowe wykorzystywał parametry takie jak:

• opory ruchu pojazdu,
• warunki ruchu określone przez rozkładowe prędkości, profile trasy i rozkład krzywizny toru ruchu,
• straty maszyny dla okresów pracy silnikowej i prądnicowej,
• zmiany pojemności i starzenia pakietu baterii akumulatora.

Dane zostają przekształcone w SoC, czyli poziom naładowania baterii, na podstawie których program szacuje pozostały zasięg pojazdu, określa wskaźnik zużycia energii oraz pokazuje pozostałą do zużycia energię.
Model 2 wykorzystuje natomiast:

• dane z szyny CAN,
• wskaźnik średniego zużycia energii.

Aby zaprojektowane modele obliczeniowe uznać za zweryfikowane należało porównać otrzymane wyniki. Model 1 był uznany jako referencyjny, ponieważ wykorzystywał mapy sprawności dostarczone przez producentów baterii oraz silników. 

Rozbieżność otrzymanych wyników nie przekracza 1 km, więc model 2 można uznać za poprawny i zweryfikowany. Oczywiście badania potwierdzi walidacja po zbudowaniu prototypu autobusu i jazdach próbnych.

Aby najistotniejsze informacje mogły być wykorzystane i przekazane w dostępny sposób kierowcy pojazdu, stworzono specjalne oprogramowanie „Rejestrator”, w którego skład wchodzą trzy aplikacje działające na różnych urządzeniach:

• „Rejestrator” – program działający na urządzeniu mobilnym,
• „Viewer” – program działający na terminalu kierowcy,
• „Server” – program działający na serwerze w siedzibie firmy.

I co dalej…? 
Można stwierdzić, że wszystko już gotowe. Jednak nie do końca. Został najważniejszy aspekt całego przedsięwzięcia, czyli budowa prototypu, badania i pomiary w rzeczywistych warunkach. To zdecydowanie najciekawsza część projektu i mamy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości będziemy mogli ogłosić sukces. Cieszymy się z osiągniętych do tej pory wyników i dziękujemy każdemu za włożony trud. Może już niedługo uda się zobaczyć nasz prototyp jadący ulicą.