AUTOBUSY Konwersja napędów spalinowych na elektryczne. Etapy projektu – część II.

Pierwsza część publikacji poświęcona została pryncypialnym założeniom projektu, uwarunkowaniom rynkowym oraz uzasadnieniu celowości jego wdrożenia. Zasygnalizowano również główne zadania Etapu I. Zatem czas najwyższy, aby zaprezentować wnioski i efekty Etapu I oraz zadania i rezultaty Etapu II.

Realizacja zadań Etapu I

W ramach Etapu I zrealizowano zadania planowe oraz dokonano weryfikacji założeń projektu na podstawie następujących danych, analiz oraz symulacji:

Analiza struktury przestrzennej do wymiany akumulatorów w przestrzeni bagażowej pojazdów w perspektywie możliwych parametrów gabarytowych oraz masowych magazynów energii dostępnych na rynku. 

Symulacja modeli baterii trakcyjnych na podstawie założonego algorytmu obliczeniowego zużycia energii.

Analiza konstrukcji istniejących pojazdów na podstawie posiadanych danych oraz dokumentacji konstrukcyjnej. 

Efekty i wnioski z Etapu I

Na podstawie rezultatów wymienionych powyżej analiz oraz symulacji potwierdzono pierwotne założenia projektu i zmodyfikowano ostateczne rozwiązania, a w szczególności: 

Określono parametry mechaniczne dla konstrukcji nośnych pojazdów zakwalifikowanych do montażu magazynów energii z uwzględnieniem wymiarów gabarytowych i mas potencjalnych dostępnych na rynku pakietów baterii trakcyjnych. 

W oparciu o modele 3D dokonano analiz wytrzymałościowych konstrukcji autobusów pod względem możliwości montażu szuflad adaptacyjnych w podpodłogowych przestrzeniach bagażowych. 

Finalnie potwierdzono kwalifikację do osiągniecia celów projektu autobusów z bagażnikami podpodłogowymi, co – jak poprawnie zakładano – zapewni obniżenie i korzystne położenie środka ciężkości w perspektywie przyrostu masy własnej pojazdu, w odniesieniu do pojazdu bazowego z napędem konwencjonalnym.

Rys. 1 – Rekomendowana lokalizacja szuflad magazynów energii (1)

W wyniku analiz wytrzymałościowych MES zaprojektowanych konstrukcji szuflad do wymiany zasobników energii dokonano rekomendowanych modyfikacji konstrukcji oraz wykonano symulację dla możliwych wariantów ich położenia, tj. wsuniętego i wysuniętego. W każdym z przypadków konstrukcja szuflad spełnia graniczne wymagania wytrzymałościowe. 

Rys. 2 – Naprężenia globalne w wariancie wysuniętych do połowy szuflad magazynów energii (2)

Zaprojektowano modułowy system czterech wysuwanych szuflad baterii trakcyjnych o nośności łącznej do 1520 kg.

Dokonano selekcji potencjalnych dostawców baterii trakcyjnych, którzy spełniają wymagania Regulaminu ECE R100, jak również warunki brzegowe określone dla zaklasyfikowanych do e-konwersji autobusów. 

Zestawiono kompletne dane mechaniczne do opracowania konstrukcji stojaków przeznaczonych do ładowania pakietów baterii trakcyjnych poza pojazdem.

 Ponieważ Etap I projektu przyniósł beneficjentom oczekiwane i pozytywne efekty, nie pozostaje nam nic innego, jak przejść do Etapu II, w ramach którego realizowano następujące zadania. 

Etap E2 – Zadania

Badania napędu elektrycznego i sterowania dla autobusu po konwersji.

Opracowanie algorytmów do szacowania zużycia energii i zasięgu oraz dobór parametrów baterii elektrochemicznych.

Badania modelowe dla typu/modelu autobusu do przeprowadzenia konwersji napędu na elektryczny.

Modelowanie i wykonanie stanowiska badawczego regulowanych podzespołów do konstrukcji napędu elektrycznego do usługi konwersji.

Opracowanie i badanie stanowiska badawczego do konwersji autobusów.

 

Realizacja zadań Etapu II

 W ramach Etapu II zrealizowano następujące prace obejmujące opracowanie założeń projektu napędu elektrycznego:

Zaprojektowanie koncepcji algorytmów doboru napędu elektrycznego dla zmodyfikowanych autobusów, w tym:

obliczenie zapotrzebowania mocy i energii z uwzględnieniem szczegółowych wymagań;

zaprojektowanie mobilnego stanowiska diagnostyczno-pomiarowego do monitorowania poboru energii oraz informowania o aktualnym zużyciu energii i szacowanym zasięgu;

implementacja algorytmu doboru najlepszego względem ustalonych kryteriów silnika na podstawie zadanych parametrów pracy autobusu.

Opracowanie modelu obliczeniowego zużycia energii pojazdu, w tym:

opracowanie algorytmów do monitorowania zużycia energii i zasięgu;

opracowanie modułu programu do wyznaczania zintegrowanej mapy strat i zapotrzebowania na moc modułu napędowego silnik – falownik – przekładnia dla układów z silnikami synchronicznymi z magnesami trwałymi;

opracowanie modułu programu do wyznaczania ilości energii baterii elektrochemicznej;

opracowanie modułu programu do wyznaczania przejazdów teoretycznych autobusu w znormalizowanych cyklach jezdnych SORT II, SORT III metodą symulacji komputerowej.

Efekty i wnioski z Etapu II

 Dzięki wypełnieniu zadań Etapu II uzyskano następujące rezultaty oraz wyznaczono parametry wyjściowe dla kolejnych faz projektu:

Zaprojektowano model 3D autobusu obejmujący zabudowę zespołu napędowego z centralnym silnikiem elektrycznym oraz bateryjnym magazynem energii. Moc silnika 310 kW, moment obrotowy 3100 Nm.

Rys. 3. i Rys. 4. – Zabudowa sinika elektrycznego i inwertera w strukturze autobusu (3, 4)

Na podstawie modelu 3D autobusu opracowano projekt oraz wykonano stanowisko badawcze regulowanych podzespołów konstrukcji napędu, z uwzględnieniem parametrów zabudowy, jak również mocowania zespołu napędowego do konwersji. Przeprowadzone badania nie wykazały przekroczeń wymiarów geometrycznych w porównaniu z projektem CAD.

Ponadto zaprojektowano oraz wykonano stanowisko badawcze linii konwersji do wyznaczania i walidacji punktów zawieszenia silnika elektrycznego.

Rys. 4. i Rys. 5. – Zabudowa zasobników energii w strukturze autobusu (3, 4) 

Dalsze kroki…

 Etapy I oraz II zakończone. Zadania wypełnione, cele osiągnięte. Zbliżamy się dużymi krokami do najbardziej interesującej fazy projektu, czyli budowy prototypu i walidacji projektu. Relację z realizacji kolejnych etapów przedstawimy w następnej części, do lektury której zapraszamy Państwa już dzisiaj.

Literatura

Politechnika Warszawska – Raport RE-1/01/2022 z realizacji zadania nr 1 w Etapie I.

Politechnika Warszawska – Raport RE-1/02/2022 z analiz wytrzymałościowych szuflady zasobników energii do autobusu podmiejskiego.

Politechnika Warszawska – Załącznik nr 4 D-E2/02/2022 do Raportu RE-1/02/2022.

Politechnika Warszawska – Załącznik nr 5 D-E2/03/2022 do Raportu RE-1/02/2022



 

„Opracowanie i wdrożenie modułowej konwersji napędu spalinowego na elektryczny dla autobusów podmiejskich.” w ramach Programu Operacyjnego
„Inteligentny Rozwój” POIR 01.01.01-00-1705/20
 

Mackbus Sp. z o.o. 

ul. Henryka Sienkiewicza 2/12

86-050 Solec Kujawski

tel. 508 089 059

e-mail: info@mackbus.pl

www.mackbus.pl