Terug naar Startpagina ]

 

Techniek

McGill Electric Snowmobile Team 

Ingenieursfaculteit, McGill University te Montreal , Canada 

Bron : http://electricsnowmobile.mcgill.ca/English/snowmobile.htm

Ontwerp uitdagingen

Ons grootste uitdaging bestaat uit het vinden van een krachtbron. Aangezien technologie voor elektrische voertuigen vrij nieuw is. Daarom is een  betrouwbare (lange termijn), lichtgewicht en goedkope krachtbron moeilijk te vinden. Het vinden van de juiste krachtbron is van het grootse belang voor de uithoudingstest en acceleratietest.
Andere uitdagingen die we moeten overwegen zijn gewichtsbeperkingen, veiligheidsvereisten en betrouwbaarheidskwesties.

Gekozen componenten

  1. e-TORQ DC borstelloze Motor 

We gebruiken een e-TORQ borstelloze gelijkstroommotor voor zijn hoog krachtkoppel-tot-gewicht verhouding. (in de plaats van een conventioneel borstel/commutator systeem). Een borstelloze gelijkstroommotor biedt een betere  betrouwbaarheid (geen borstels), stiller draaien omdat er geen wrijving van de borstels is, weinig onderhoud (borstels vragen regelmatig onderhoud), superieure hitte transfer (er is geen wrijving van borstels) en een zeer hoog krachtkoppel.

Animation © Motorola Inc

  1. NGM EVC200 Motor Controller 
  • Ultra hoge efficiŽntie : 95%
  • Energie recuperatie tijdens het remmen

Lees meer over hoe het werkt  :  How it Works†

Solarteam

Bron : www.solarteam.be

Energie-opslag
Het type batterij dat meestal wordt gebruikt in dit soort applicaties zijn Lithium-Ion en Lithium-Polymeer. Deze types hebben het voordeel dat ze een hoge energiedichtheid hebben in combinatie met een beperkt gewicht, dit in vergelijking met andere batterijtypes zoals NiMH of loodzuur batterijen. Het nadeel van dit soort type batterij is dat de laad- en ontlaadcyclus veel nauwer gevolgd moet worden. Extra controlelogica is hierbij dus een ďmustĒ. De Lithium technologieŽn vereisen een strakke controle van de werkingsvoltages en laad- en ontlaadstromen. De combinatie van serie- en parallelschakelen van de batterijcellen zorgt voor een optimale oplossing voor de energieopslag

Voor onze applicatie worden er door VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) twee batterijpakketten gemaakt. Daarvan zal er ťťn dienen als racepakket en het andere als testpakket. Door middel van een energiemanagementsysteem wordt het pakket gecontroleerd. Het is van groot belang dat we zoveel mogelijk energie in het energiepakket kunnen stockeren. Dit is haalbaar via de LithiumtechnologieŽn

Motor
Bij de motor moet de efficiŽntie zo hoog mogelijk gehouden worden. Daarom hebben we gekozen voor een Csiro motor. Dit is een in-wheel motor, waarbij geen enkele vorm van verliezen is door een overbrenging. Hierbij wordt de as van het wiel rechtstreeks aan de motor gekoppeld. Onze motor heeft een efficiŽntie van 98 %. Het ontwerp van de behuizing is hier uiterst belangrijk om deze efficiŽntie te behouden. De motor is zo smal gemaakt dat hij net in een wiel past. Om zo weinig mogelijk energie te verliezen, wordt tijdens het remmen de energiestroom terug naar de batterijen gestuurd. Het geheel functioneert dus ook als generator. De wagen remt af met minimaal energieverlies.

Productontwikkeling

  1. De technologieŽn bestaan maar moeten gecombineerd en op elkaar afgestemd worden in een compact, comfortabel en lichtgewicht model dat energiezuinig is maar toch voldoende krachtig, onderhoudsvrij en met een lange levensduur en veilig? En dat allemaal tegen een betaalbare prijs. Dus zoveel mogelijk standaard onderdelen gebruiken die in massa geproduceerd worden en reeds hun degelijkheid bewezen hebben.
  2. Dus standaard lithium batterijen, inductiemotor met energierecuperatie bij afremmen, op maat gemaakt lichtgewicht chassis, standaard lichtgewicht wielen, standaard remschijven, standaard vering, op maat gemaakte controllers voor op -en ontladen batterijen met accurate energie-indicator voor de resterende energie inhoud, op maat gemaakte controller voor inductiemotor Ö.. Lithium polymeer batterijen wegen 130 Wh/kg. Aangezien we zo een 10 kWh nodig hebben, wegen onze batterijen tussen 50 een 80 kg(worst-case). Een totaal gewicht van minder dan 150 kg moet haalbaar zijn. De omvang van de batterijen (300Wh/l) bedraagt dan 33 liter.
  3. Gebruik maken van de recente vakkennis die aanwezig is bij het ďsolarteam.beĒ(ontwikkeling zonneauto) van de hogeschool Groep T.  
  4. Je kan een master-eindwerk-project indienen voor verdere ontwikkeling van de ATV bij andere hogescholen of universiteiten. Zij kunnen enkele deelproblemen oplossen met een master-eindwerk.
  5. Heel wat kennis en expertise is aanwezig in de vakgroep "Elektrotechniek en Energietechniek" van de VUB. Ze namen o.a. deel aan een europees project omtrent "duurzame batterijen"
  6. Ook samenwerking met Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) en I.W.T. is wenselijk, zeker voor het verkrijgen van Vlaamse steunmaatregelen.
  7. Demonteerbare sneeuwschoenen en een sneeuwaandrijving voor onze ATV  kunnen grote meerwaarde betekenen.Met sneeuwschoenen is een onvergetelijke tocht op sneeuwraketten door de onmetelijke stille sneeuw, nu binnen eenieders bereik.
     
    Met extra brede banden worden ook stille en lange strand ďwandelingenĒ mogelijk voor andersvaliden, senioren of mensen die houden van luieren, comfort en natuurexploratie
    Als extra accessoire zouden er dus extra brede banden geleverd kunnen worden die je op de achterwielen kan klikken. Dit bestaat reeds voor landbouw tractoren, die veel zwaarder zijn. Dus dit moet zeker mogelijk zijn voor een voertuig van slechts 150 kg.
     
  8. Het gebruik van state-of-the-art technologie uit verschillende domeinen van de toegepaste wetenschappen maakt het tot een uniek product. Mechanica (lichte vering en licht dragend chassis uit geperforeerd aluminium, koolstof -en aramidevezels), Chemie (Lithium-Ion en Lithium-Polymeer : lichte maar krachtige batterijen met hoge energiedichtheid) Elektriciteit (AC inductiemotor zonder borstels met 98 % energie efficiŽntie, rechtstreeks op aandrijfas gemonteerd, energierecuperatie bij afremmen) Elektronica (motorcontroller en laadstroomcontroller voor de batterijen, besturing met joystick)
    Elektrische scooter met Borstelloze gelijkstroommotor gemonteerd in achterwiel met energie recuperatie

    Om dat het goedkoop en gemakkelijk te onderhouden moet zijn, bestaat het voertuig uit weinig en uit gestandaardiseerde onderdelen zodat massaproductie gemakkelijk wordt.

Uitdagingen

Draaicirkel versus wieldiameter

  • Om een korte draaicirkel te hebben, moeten de voorwielen bijna 90 graden kunnen draaien.  
    Daarom gebruiken de meeste producenten kleine wieltjes omdat de wielkasten dan niet diep hoeven te zijn. De wieltjes kunnen immers dichter bij het chassis staan. 
  • Maar met kleine wieltjes kan je geen hindernis van 20 cm oprijden. De wielen moeten minimum 50 cm diameter hebben. De wielkasten moeten dus 25cm + 5 = 30 cm diep zijn
  • Aangezien het voertuig maximum 80 cm breed mag zijn, is er nog slechts 20 cm over tussen beide wielkasten. We krijgen dus een soort tractor-model met zeer smalle snuit.
  • Indien de wielen echt 90 graden moeten kunnen draaien dan moeten de voorwielen via een elleboog verbinding, verbonden zijn aan een verticale dragende as. 
  • Als de achterwielen in tegengestelde zin rondraaien (dankzij elk hun eigen aandrijfmotor), dan draait het voertuig rond de virtuele as in het midden van de aandrijfwielen(zie tekening). De voorwielen moeten dan in een stand van 73 į, tegengesteld aan elkaar geplaatst kunnen worden. De draaicirkel is dan minimaal 2,62 meter. In ťťn beweging omkeren kan dan met 1,79 meter ruimte.  
    Zowel het aantal graden(70) als de benodigde draairuimte verminderen als de voor- en achterwielen meer naar elkaar toe worden geplaatst, dus bij een kortere wielbasis.  Maar de stabiliteit mag niet in het gedrang worden gebracht
  • De meeste GR-paden zijn hier en daar (zelfs in de bergen) wel 1,5 tot 2 meter breed. Dus met een beetje vooruit en achteruit kan je steeds rechtsomkeer maken.
  • Een andere mogelijkheid is om linker en rechter wiel, zowel vooraan als achteraan bij stilstand tegengesteld aan te sturen (zie tekening). Het voertuig draait dan om zijn middelpunt. De draaicirkel is dan 170 cm. Maar praktisch is dit waarschijnlijk niet haalbaar. En je wint slechts 10 cm voor het omkeren.
  • Een laatste technische mogelijkheid die niet echt wenselijk is omdat hierbij de banden de ondergrond in natuurgebieden zullen beschadigen. Je kan in elk van de vier wielen een in-wheel motor plaatsen die niet kunnen zwenken.  Maar ze kunnen wel in tegengestelde richting draaien, waardoor het hele voertuig rond zijn as kan draaien zoals een legertank.
  • Sommige fabrikanten (bijvoorbeeld rolwagen Adventure), geven de draaicirkel van de wielbasis op.  Dat is uiteraard niet correct en misleidend.  De draaicirkel van het chassis tussen verticale wanden is de enige correcte visie op het begrip draaicirkel. Om een echt idee van de wendbaarheid te hebben zou men beter het begrip "draairuimte" vermelden. Dit is de nodige plaats om een voertuig 180į om te keren.

Het volume en gewicht

  • Om niet boven de 150 kg te gaan met 80 kg batterijen en 30 kg motoren mag het chassis niet zwaarder dan 40 kg zijn. Composiet materialen en aluminium zijn dus aangewezen.  De beste technologie Lithium-ion polymeer batterijen zouden slechts 50 kg wegen. Dan mag het chassis 70 kg wegen, wat zeker haalbaar is.
  • Om stabiel te zijn moeten de motoren (in het wiel ?) en batterijen zo laag mogelijk bij de grond. Maar we moeten een vrije grondhoogte van 20 cm hebben.
  • De 80 kg batterijen nemen in het slechts geval zo een 30 liter volume in beslag.  We moeten dus ergens drie emmers kunnen wegstoppen.
  • Voorbeeld Totaal gewicht : 103Kg + gewicht chassis en wielen

    • De batterijen van de "GM Chevrolet Volt car" wegen 170 kg voor 16 kWh =>  85kg voor 8kWh
    • Twee motoren van 4kWatt EW20/60 : 18 kg

     

Energierecuperatie versus levensduur batterijen

Het typische aantal duty-cycles voor een lithium batterij is 1000 of meer.  Maar dit is een cijfer gebaseerd op volledige cycli van op- en ontladen.  Ik weet niet wat effect zal zijn van steeds een beetje opladen tijdens het recupereren van energie bij het afremmen of afdalen van een helling.  Het zou wel eens kunnen dat de kostprijs van de teruggewonnen energie lager is dan de kostprijs van de batterij-slijtage die dit teweegbrengt.

Het zou dan ook kunnen dat we beter geen energie recupereren.  Maar de Lithium batterij technologie evolueert zo snel, dat dit probleem op dit ogenblik misschien al is opgelost. (lees hier meer over de doorbraak) 

GM Electric Volt Car: propulsion systemGM Electric Volt Car

  • United States Advanced Battery Consortium (USABC), een consortium organisatie gevormd door DaimlerChrysler, Ford en General Motors, laten hun research doen bij EnderDel (Gebruikt Lithium Mangaan batterijen) en Compactpower. Beide zijn dochtermaatschappijen van LG Chem (Zuid-Korea) en bouwen battery-packs op vraag van en met de specificaties van de klant.
  • altairnano batteries technology

 

Technologische voorbeelden van motoren en controllers 

biedt zowel motoren als de controllers aan.

MSF240140 Axial Flux, BLDC Motor:

  • Piek vermogen : 11 kWatt
  • Maximum koppel : 58 Nm

of de MSF215125 Axial Flux, BLDC Motor:

  • Piek vermogen : 8,6 kWatt
  • Maximum koppel : 49 Nm

biedt zowel motors als controllers aan

EW 20/60 Wheelmotor :

  • Piek vermogen : 4 kWatt
  • Maximum koppel : 140 Nm, 35 Nm continu
  • gewicht : 9 kg
  • Volledig waterdicht IP65

Elektrische scooter met energie recuperatie

http://www.ecomobielshop.be/produkten/Vectrix/index.html

Producenten elektrische auto's

http://www.teslamotors.com/

http://www.phoenixmotorcars.com/

http://www.ececars.nl/

http://www.goingreen.co.uk/

http://www.think.no/

http://www.lightningcarcompany.co.uk/

http://media.gm.com/volt/  (General Motors USA)