Online Electric

Электровелорикша – это трёхколёсныйэлектровелосипед, предназначенный для перевозки людей и малых грузов, главной особенностью которого является работа при использовании альтернативного источника энергии (световой энергии солнца). Таким образом, электровелорикша может работать не только на ресурсе аккумулятора, но и на солнечной панели, постоянно подзаряжающей аккумулятор.

Актуальность проектируемой модели электровелорикши обусловлена тем, что она является привлекательным, удобным, экологически чистым видом транспорта. Предлагаемая разработка наглядно представляет для широкой общественности возможности использования альтернативных источников энергии. Применение солнечных панелей позволяет существенно увеличить пробег без подзарядки, а так же срок службы аккумулятора. Кроме того, разработка экологичных видов транспорта в настоящее время является актуальной задачей, в том числе и энергетики.

Целью настоящей статьи является разработка иобоснование выбора минимального набора элементов электрической схемы электровелорикши,таких как: мотор–колесо, солнечная панель, аккумуляторная батарея, МРРТ контроллер, контроллер управления, не уступающей по надёжности и функционалу схемам традиционных электровелосипедов.

Определимся с минимальным перечнем элементов схемы, которая удовлетворяет основным требованиям:

1. Надёжность электроснабжения.

2. Приспособленность к ремонтам схемы.

3. Экономическая целесообразность.

4. Оперативная гибкость схемы.

Электрическая схема простейшего электровелосипеда включает в себя (рис. 1): источник тока, двигатель и переменный резистор (контроллер), введённый в разрыв цепи и регулирующий скорость вращения двигателя [1].

Рис.1. Простейшая схема электровелосипеда

Электрическая схема, проектируемой модели электровелорикши, имеет ряд отличий от представленной выше схемы, а именно:

1. В качестве источника тока используется литий-ионная аккумуляторная батарея, которая постоянно подзаряжается от солнечной батареи.

2. Связующим элементом между солнечной панелью и аккумулятором выступает МРРТ контроллер, который внутри имеет трансформатор (медную катушку), посредством которого более высокое напряжение и номинальный ток от солнечной панели преобразуется в более низкое напряжение с прибавкой в силе тока. 

3. В роли двигателя, выступает редукторное мотор-колесо, которое в отличии от других типов мотор-колес имеет большее значение крутящего момента, меньший вес и более высокую надёжность.

4. Дисплей предназначен для наглядного контроля заряда аккумулятора, отображения скорости, пробега, времени движения и температуры окружающей среды.

Упрощенная структурная схема электрической части электровелорикши отображена на рисунке 2.

Рис.2. Структурная схема электрической части электровелорикши

Принцип работы элементов схемы представлен ниже. Работа солнечной панели основана на фотогальваническом эффекте. Попадая на поверхность полупроводника, фотоны солнечного света вырывают электроны из его атомов. Под влиянием специального химического вещества, добавляемого в структуру материала, освобожденные электроны перемещаются в определенном направлении, в результате чего образуется электрический ток. Далее энергия, вырабатываемая солнечной панелью, передаётся аккумулятору через МРРТ контроллер, который осуществляет проверку параметров тока и напряжения, на основе которых микропроцессорный блок вычисляет их наиболее оптимальное соотношение для выработки полной мощности [2]. Питание всех остальных элементов выполнено через контроллер от аккумуляторной батареи. Контроллер предназначен для подачи на мотор-колесо поступающей от аккумулятора энергии. Магнитное поле, создаваемое протекающим по обмоткам током, отталкивает и притягивает магниты ротора, что приводит  колесо в движение. Основная задача контроллера – управление частотой вращения двигателя велосипеда [3]. Но у него есть другие дополнительные функции,  которые можно разделить на:

1. Регулирование скорости вращения двигателя.

2. Управление крутящим моментом.

3. Защита двигателя.

Выбор аккумуляторной батареи. Бывают свинцово-кислотные, гелиевые, никелевые, литиевые аккумуляторные батареи (АКБ). Самыми надёжными являются литиевые АКБ. Для выбранного выше мотор колеса 500 Вт, 36 В, оптимальным является выбор литий-ионного АКБ 36 В, 20 А·ч, который обладает следующими достоинствами по отношению к другим видам АКБ:

1. Увеличенный срок службы (более 5 лет)

2. Высокую производительность

3. Неприхотливость к погодным условиям

4. Высокий КПД в сравнении со свинцовыми АКБ

5. Более безопасные и экологичные

Такие аккумуляторы поставляются со встроенным блоком управления (BMS) и зарядным устройством.[3]

Солнечная панель выбирается исходя из требуемого класса напряжения, габаритов и веса. Площадь крыши электровелорикши около 2_ , поэтому устанавливаем 4 гибкие солнечные панели E-Power100 Вт, 1060х530х3 мм, вес 1,45 кг, КПД 20%.

Определим минимальную мощность, вырабатываемую солнечной панелью за день.

Среднегодовая суммарная дневная солнечная радиация на горизонтальной поверхности – 2,7кВ·ч/м²(для Вологодской области).

Где активная энергия вырабатываемая солнечной панелью за день,

кВт·ч;

суммарная дневная солнечная радиация на горизонтальной

поверхности, кВ·ч/м²;

_площадь поверхности солнечной панели, м²;

_колличество солнечных панелей, шт;

_КПД солнечной панели, %.

Определим ток и время заряда аккумуляторной батареи от солнечной панели.

Где _ активная энергия вырабатываемая солнечной панелью за день,

кВт·ч;

_напряжение солнечной панели, В;

_ток заряда аккумуляторной батареи, А.

_время светового дня, ч.

Время заряда:

Где _ёмкость аккумуляторной батареи, А·ч;

_время заряда аккумуляторной батареи, ч.

_ток заряда аккумуляторной батареи, А.

Выбранные солнечные панели даже при незначительной солнечной радиации будут обеспечивать подзарядку аккумуляторной батареи.

Выбор ведущего мотор – колеса. Эти электромоторы могут разрабатываться, как для улучшенного подъёма на склоны, так и для повышенной дальности или увеличенной скорости передвижения. Двигатели с большей мощностью имеют высокий крутящий момент, что способствует лёгкому преодолению различных склонов, но также они быстро расходуют энергию аккумулятора. Исходя из условий эксплуатации, делается выбор вида электромотора.

В нашем случае электровелорикша используется для перевозки людей и малогабаритных грузов суммарной массой до 250 кг, с ограничением максимальной скорости 20 км/ч.

Сравним с прямым приводом и редукторные мотор–колеса. Первые могут обеспечить высокий КПД, и высокую скорость (до 45 км/ч). Недостатки также имеются. Это, в первую очередь, небольшая  величина крутящего момента, во–вторых, большой, по сравнению с редукторным вариантом, вес и размер мотор–колесом. [1].

Преимущества редукторных мотор–колес:

1. Большую тягу (высокий крутящий момент).

2. Меньшие размеры.

3. Небольшой вес.

Условие выбора мощности мотор– колеса:

Где максимальная скорость движения, км/ч;

механический КПД трансмиссии ;

сила тяжести транспортного средства, Н;

приведённый коэффициент дорожного сопротивления;

коэффициент обтекаемости транспортного средства;

площадь лобового сопротивления транспортного средства, .

Выбор остановлен на редукторном мотор-колесе 500 Вт, 36 В. Так как этот вид является оптимальным с точки зрения поставленных критериев: суммарной массы груза 250 кг, скорости не более 20 км/ч.

Связующим элементом между солнечной панелью и аккумулятором выступает МРРТ контроллер, который внутри имеет трансформатор (медную катушку), посредством которого более высокое напряжение и номинальный ток от солнечной панели преобразуется в более низкое напряжение с прибавкой в силе тока. Такие контроллеры наделены важной функциональной особенностью – поиск точки максимальной мощности. [4]

Питание всех остальных элементов выполнено через контроллер от аккумуляторной батареи. Контроллер предназначен для подачи на мотор-колесо поступающей от аккумулятора энергии. Основная задача контроллера – управление вращающим моментом двигателя велосипеда [2].

Разработанная электрическая схема электровелорикшис минимальным набор элементов,выбранным исходя изназначения и географических условий эксплуатации, удовлетворят всем вышеперечисленным требованиям. Представлен принцип действия составляющих элементов схемы. Проектирование электрических схем, питание которых происходит от источников альтернативной энергии, является актуальной задачей в энергетике.

Литература

1. Электротранспорт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electrotransport.su. Дата обращения: 18.10.2016

2. Motocarello. Электромобиль для Илона Маска [Электронныйресурс]. – Режим доступа:http://motocarrello.ru. Дата обращения:25.10.2016

3. Мотор колёса, аккумуляторы, электровелосипеды [Электронныйресурс]. – Режим доступа: http://motorkolesa.ru.Дата обращения:25.10.2016

4. ЭнергоМир [Электронныйресурс]. – Режим доступа: http://energomir.net. Дата обращения:25.10.2016