KEV na kolech

Katedra elektromechaniky a výkonové elektroniky společně s firmou MS Kart připravila prototyp elektrické motokáry s LiFeYPO4 bateriemi, MOSFET měničem, senzory a elektronickým ovládacím systémem. Tento prototyp má výkon ekvivalentní ke klasickým motokárám pro půjčovny dostupným na trhu. Topologie motokáry je značně modulární a umožňuje další rozšiřování v rámci studentských projektů na KEV.

Motokáry se dělí do dvou velkých skupin - závodní motokáry a motokáry pro půjčovny. Motokáry určené pro půjčovny mají samozřejmě nižší výkon, nežli motokáry závodní, jejich výkon jde do cca 10 koňských sil (7 kW), zatímco závodní motokáry mají výkon až 60 koňských sil (42 kW). Zvláštní kategorií je třída superkart, která má výkon až 100 koňských sil (74 kW).

Koncept elektrické motokáry si klade za cíl dosáhnout obdobného výkonu jako běžná motokára z půjčovny. Topologie prototypu je uvedena ve fotogalerii níže jako první snímek. Součástmi motokáry jsou LiFeYPO4 baterie, MOSFET měnič, stejnosměrný motor s permanentními magnety, zaznamenávací jednotka, display, snímače teploty a rychlosti, akcelerometry atd. Samotná topologie je pak značně otevřená pro další doplňování studentskými projekty.

LiFeYPO4 baterie jsou nejrozšířenějším přírůstkem do rodiny Li-ion baterií v oblasti elektrické trakce a v porovnání s ostatními typy nabízejí vyšší bezpečnost a delší životnost. LiFeYPO4 baterie jsou vylepšením tradičních LiFePO4 baterií, kde je většina železa nahrazena právě ytriem. Použití ytria vede ke snížení hmotnosti, prodloužení životnosti (až na 10 let) a zvětšení nabíjecího a vybíjecího proudu. Ve vozidle jsou zapojeny sériově 4 LiFeYPO4 baterie pro dosažení 48V napětí a nominální kapacity 80 Ah.

Vybraná baterie Thunder-Sky LP12V80AH se skládá ze čtyř článků, které jsou vybaveny elektrochemickým vyvažováním, tudíž neobsahují žádnou vyvažovací elektroniku. Vyvažování samotných baterií bude řešeno pomocí balančních jednotek umístěných na každé baterii.

Snižovací a zvyšovaní měnič pro pohon stejnosměrného stroje je vyroben ze čtyř paralelně zapojených IRFP4568 MOSFET tranzistorů a je navržen na jmenovitý trvalý proud 300 A s možností přetížení až na 400 A po dobu jedné minuty. Díky nízké indukčnosti motoru je nutno použít spínací frekvenci 16 kHz. Maximální vstupní napětí měniče může být až 100 V a chlazen je dvojicí axiálních ventilátorů.

Samotný pohon motokáry obstarává stejnosměrný stroj s permanentními magnety MARS Electric LLC ME 0708 se jmenovitým výkonem 4.8 kW, jmenovitým napětím 48 V a momentem 13.1 Nm při 3200 otáčkách za minutu. Krátkodobě tento stroj lze přetížit až na trojnásobek nominálního výkonu. Od výrobce je stroj vybaven pouze vlastním chlazením, v současné době je jeho chlazení řešeno vnějším ventilátorem, který zajišťuje dostatečné chlazení stroje i při nízkých otáčkách. Hmotnost motoru je 13 kg.

Vozidlo je vybaveno celou řadou senzorů za účelem monitorování jednotlivých komponent, ale i sledování rychlosti vozidla a podobně. Proud vstupující do motoru je sledován proudovým senzorem LEM HTFS 400-P, pracujícím na principu Hallova jevu. Na motokáře jsou umístěny celkem dvě tyto sondy, jedna pro snímání proudu tekoucího do motoru, druhá na snímání proudu, tekoucího z baterií.

Dalšími senzory je sledováno napětí na bateriích tak, aby jejich napětí bylo udržováno ve správných mezích i během akcelerace či rekuperativního brždění - jde tedy o plnohodnotný battery management system (BMS).

Na motokáře je umístěno celkem osm teplotních snímačů Dallas DS18S20, přičemž dva z nich sledují teplotu na motoru (teplota výstupního vzduchu a povrchu stroje), čtyři jsou umístěny na bateriích a zbylé dva snímače sledují teplotu na chladiči měniče a okolní teplotu vzduchu. Digitální akcelerometr Analog Devices ADXL345 v sobě sdružuje několik funkcí - jeho hlavním účelem je snímání zrychlení motokáry, doplňkově však zaznamenává i odstředivé síly a vibrace šasi. Vozidlo je dále osazeno čidlem otáček AS5040, které snímá rychlost otáčení motoru.

Z hlediska topologie elektroniky vozidlo zahrnuje několik řídících jednotek jako MOSFET měnič, jednotka battery managementu, logovací jednotku a zobrazovací jednotku s LCD displayem. Všechny komponenty jsou propojeny CAN sběrnicí, která zajišťuje výměnu důležitých informací.

Poděkování

Zvláštní poděkování patří firmě MS Kart za zapůjčení šasi INDOOR 08, na kterém je motokára postavena. Dále pak kolegům z Katedry aplikované elektroniky a telekomunikací (KAE), jejichž rady značně urychlily vývoj elektronické části motokáry.

  • Půdorys motokáry
  • Kontrolní jednotky
  • Přístrojová deska
  • Driver
  • DC/DC měnič
  • Univerzální deska
  • Šasi motokáry
  • Elektroinstalace
  • Elektroinstalace
  • Elektromotokára je šetrná i vašim financím

CZ

EN

Created by TrueWeb

Copyright 2010 KEV ZČU