Silnik elektryczny QS-273 (12000W) do samochodu

Silnik elektryczny QS-273 12000W do samochodu – wydajny napęd BLDC do zaawansowanych konwersji EV

Silnik elektryczny QS-273 12000W do samochodu to jednostka BLDC dużej mocy, opracowana z myślą o wymagających projektach konwersji pojazdów elektrycznych oraz indywidualnych systemach napędu elektrycznego.

Dzięki mocy znamionowej 12 kW i kompatybilności z szerokim zakresem napięć systemu trakcyjnego daje konstruktorom dużą swobodę podczas projektowania układu napędowego do samochodu, pojazdu specjalistycznego, lekkiej platformy użytkowej albo indywidualnie budowanej maszyny elektrycznej.

Silnik należy do rodziny QS-273 i łączy znaczne możliwości napędowe z elastycznością wymaganą w projektach EV.

Zamiast ograniczać konstrukcję do jednej określonej architektury elektrycznej, można zastosować go w systemach wykorzystujących różne napięcia baterii oraz połączyć ze sterownikiem dobranym do konkretnych założeń dotyczących osiągów.

Dzięki temu QS-273 12000W może być szczególnie interesującym rozwiązaniem dla doświadczonych konstruktorów, warsztatów zajmujących się konwersjami EV oraz inżynierów potrzebujących większej mocy niż ta oferowana przez lekkie systemy elektromobilne.

Moc 12 kW do bardziej wymagających pojazdów elektrycznych

Silnik elektryczny o mocy 12 kW stanowi znaczący krok naprzód w porównaniu z układami małej mocy przeznaczonymi do rowerów, skuterów czy bardzo lekkich pojazdów.

Dodatkowa moc może być szczególnie przydatna w zastosowaniach, w których pojazd ma większą masę, wymaga lepszego przyspieszenia albo powinien zachowywać odpowiednie osiągi podczas jazdy pod wzniesienia.

Nie oznacza to jednak, że silnik należy wybierać wyłącznie na podstawie wartości mocy znajdującej się w katalogu.

Na rzeczywiste zapotrzebowanie wpływają między innymi:

masa całkowita pojazdu, rozmiar kół, oczekiwana prędkość maksymalna, wymagane przyspieszenie, zdolność pokonywania wzniesień oraz przewidywany cykl pracy.

Lekki pojazd elektryczny wykorzystywany głównie z umiarkowaną prędkością może stawiać silnikowi stosunkowo niewielkie wymagania w pracy ciągłej.

Znacznie cięższy pojazd poruszający się po stromych trasach może natomiast wymagać utrzymywania wysokiej mocy przez dłuższy czas.

Z tego powodu QS-273 12000W powinien być dobierany na podstawie obliczeń technicznych, a nie tylko dlatego, że większa moc wygląda atrakcyjniej w specyfikacji.

Technologia BLDC w nowoczesnym napędzie elektrycznym

QS-273 wykorzystuje technologię bezszczotkowego silnika prądu stałego BLDC.

W silniku BLDC elektroniczne sterowanie zastępuje mechaniczną komutację szczotkową stosowaną w tradycyjnych silnikach DC.

Kompatybilny sterownik przełącza prąd pomiędzy poszczególnymi fazami silnika na podstawie położenia wirnika i aktualnego zapotrzebowania na moc.

Pozwala to na precyzyjne elektroniczne sterowanie momentem obrotowym i prędkością.

W przypadku konwersji EV elektroniczne sterowanie silnikiem umożliwia również wykorzystanie dodatkowych funkcji, takich jak:

programowalna reakcja na przyspieszenie, jazda wsteczna czy hamowanie regeneracyjne — o ile obsługują je wybrany sterownik i pozostałe elementy systemu.

Dzięki temu charakterystykę napędu można lepiej dostosować do konkretnego pojazdu.

Wiele wariantów napięcia zasilania

Miromax oferuje QS-273 12000W dla napięć zasilania obejmujących:

48 V, 60 V, 72 V, 96 V, 120 V oraz 144 V.

Tak szeroki zakres pozwala zastosować silnik w różnych architekturach układu trakcyjnego.

Dobór napięcia ma jednak istotne konsekwencje dla całego projektu.

Przy tej samej wymaganej mocy system wykorzystujący wyższe napięcie może pracować przy niższym prądzie niż konfiguracja niskonapięciowa.

Mniejszy prąd może ograniczać spadki napięcia i ułatwiać przesyłanie dużej mocy, chociaż ostateczne wymagania nadal zależą od długości przewodów, ich przekroju, zastosowanych złączy i charakterystyki sterownika.

Wyższe napięcie oznacza również większe wymagania dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego.

Styczniki, bezpieczniki, odłączniki serwisowe, przetwornice DC/DC oraz ładowarki muszą być dobrane do rzeczywistego maksymalnego napięcia występującego w systemie.

Należy brać pod uwagę napięcie akumulatora po pełnym naładowaniu, a nie wyłącznie jego wartość nominalną.

Jak rozumieć wartość kV i prędkość obrotową silnika?

Konfigurację produktu opisuje między innymi wartość kV, która określa zależność prędkości obrotowej silnika od przyłożonego napięcia.

Parametr ten jest ważny podczas obliczania przełożenia układu napędowego.

Projektowanie pojazdu elektrycznego nie powinno jednak polegać na dążeniu do uzyskania jak najwyższych obrotów silnika.

Celem jest raczej zapewnienie pracy silnika w odpowiednim zakresie prędkości obrotowej wtedy, gdy pojazd porusza się z zakładaną prędkością.

Silnik obracający się znacznie szybciej niż koła pojazdu zazwyczaj wymaga zastosowania przekładni redukcyjnej.

Prawidłowe przełożenie decyduje o tym, jak efektywnie prędkość obrotowa silnika zostanie zamieniona na moment dostępny na kołach.

Przełożenie nastawione na wysoką prędkość może pogorszyć przyspieszenie i zdolność pokonywania wzniesień.

Krótsze przełożenie może natomiast poprawić moment na kołach, ale ograniczyć prędkość maksymalną.

Dlatego wartość kV, napięcie, średnica koła i przełożenie powinny być analizowane razem.

Wysoki moment obrotowy i przyspieszenie pojazdu elektrycznego

Silniki elektryczne są szczególnie dobrze przystosowane do zastosowań trakcyjnych dzięki możliwości generowania dużego momentu obrotowego już przy stosunkowo niskich obrotach.

Na stronie produktu QS-273 znajdują się informacje dotyczące momentu oraz obliczenia dla różnych napięć zasilania.

W praktycznym projekcie samochodu moment samego silnika jest jednak tylko jednym z elementów całego układu.

Mechaniczne przełożenie określa, jaka wartość momentu ostatecznie trafia na koła.

Masa pojazdu decyduje natomiast o tym, jak siła na kołach przełoży się na przyspieszenie.

Oznacza to, że prawidłowo dobrany napęd 12 kW może w realnych warunkach działać lepiej niż mocniejszy silnik połączony z niewłaściwą przekładnią.

Dobry projekt napędu powinien więc rozpoczynać się od określenia wymagań na kołach, a dopiero później prowadzić do wyboru silnika.

Podejście odwrotne — czyli najpierw zakup silnika, a następnie dopasowywanie do niego pozostałych elementów — może prowadzić do niepotrzebnych kompromisów.

Zastosowania QS-273 12000W

Wersję 12 kW można rozważyć w bardziej wymagających konwersjach samochodów elektrycznych, pojazdach specjalistycznych, lekkich pojazdach użytkowych oraz indywidualnie projektowanych maszynach elektrycznych.

Może również znaleźć zastosowanie w platformach eksperymentalnych i prototypowych, w których potrzebny jest elastyczny system BLDC większej mocy.

Dokładna przydatność zależy jednak od konkretnego pojazdu.

Silnik 12 kW zamontowany w lekkiej konstrukcji może zapewnić zupełnie inne osiągi niż ten sam silnik zastosowany w znacznie cięższym pojeździe.

Wraz ze wzrostem prędkości coraz większego znaczenia nabiera również opór aerodynamiczny.

Przy mniejszych prędkościach duży wpływ mają masa pojazdu i opory toczenia.

Przy wyższych prędkościach opór aerodynamiczny wymaga coraz większej mocy.

Dlatego docelowa prędkość pojazdu powinna zostać określona jeszcze przed ostatecznym wyborem napędu.

Dobór sterownika do silnika 12 kW

W napędzie o takiej mocy wybór odpowiedniego kontrolera jest szczególnie istotny.

Sterownik musi obsługiwać wybrane napięcie akumulatora oraz dostarczać do silnika odpowiedni prąd.

Powinien również być kompatybilny z wymaganiami silnika dotyczącymi czujników położenia i sposobu sterowania.

Limity prądu muszą zostać dobrane bardzo uważnie.

Zwiększenie prądu może poprawić moment przy małych prędkościach i zwiększyć przyspieszenie.

Jednocześnie powoduje jednak większe obciążenie termiczne silnika, sterownika, baterii i przewodów.

System, w którym kontroler jest w stanie dostarczyć więcej prądu, niż pozostałe elementy układu mogą bezpiecznie obsłużyć, nie jest prawidłowo zbilansowany.

Odpowiedni sterownik powinien więc umożliwić wykorzystanie wymaganych osiągów QS-273, jednocześnie utrzymując wszystkie komponenty w ich bezpiecznych zakresach pracy.

Wymagania dotyczące baterii w napędzie dużej mocy

Napęd o mocy 12 kW wymaga akumulatora trakcyjnego zdolnego do dostarczania znacznej mocy elektrycznej.

Bateria musi zapewnić zarówno prawidłowe napięcie, jak i odpowiednią zdolność prądową.

System BMS również powinien obsługiwać przewidywany prąd rozładowania bez niepotrzebnego odłączania układu czy nadmiernego obciążenia termicznego.

Pojemność akumulatora należy analizować niezależnie od mocy silnika.

To właśnie pojemność określa ilość zgromadzonej energii i ma duży wpływ na zasięg pojazdu.

W normalnej eksploatacji samochód nie pobiera przez cały czas pełnej mocy znamionowej silnika.

Zużycie energii zmienia się w zależności od prędkości, przyspieszenia, nachylenia drogi, oporów toczenia, aerodynamiki oraz stylu jazdy.

Dlatego odpowiednią baterię można dobrać dopiero po określeniu przewidywanego sposobu użytkowania pojazdu.

Rozmieszczenie akumulatora i rozkład masy pojazdu

W samochodzie poddawanym konwersji rozmieszczenie baterii może być jednym z najtrudniejszych elementów projektu.

Większy akumulator może zapewnić większy zasięg, ale jednocześnie zwiększa masę.

Miejsce, w którym masa zostanie umieszczona, wpływa na wyważenie pojazdu, obciążenie zawieszenia oraz zachowanie podczas jazdy.

Moduły baterii powinny więc być rozmieszczone z uwzględnieniem trwałego mocowania konstrukcyjnego, ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz dostępu serwisowego.

Akumulatora trakcyjnego nie należy traktować wyłącznie jako komponentu elektrycznego.

W pojeździe po konwersji staje się on jednym z najważniejszych elementów pod względem masy i konstrukcji.

Z tego względu dobór silnika oraz rozmieszczenie baterii najlepiej zaplanować na tym samym etapie projektu.

Mechaniczne połączenie z układem napędowym

Silnik QS-273 wymaga mechanicznego układu zdolnego do skutecznego przekazania momentu na napędzane koła.

W zależności od projektu może to być indywidualnie wykonana przekładnia redukcyjna, napęd pasowy, łańcuchowy, mechanizm różnicowy lub inna architektura przeniesienia napędu.

Połączenie pomiędzy wałem silnika a napędzanym układem powinno zachowywać dokładną współosiowość.

Nieprawidłowe ustawienie może powodować drgania i niepotrzebne obciążenia promieniowe lub osiowe.

Sprzęgła, wały, łożyska i uchwyty montażowe powinny być dobrane do maksymalnych obciążeń występujących podczas przyspieszania i zwalniania.

Projekt konwersji powinien również uwzględniać sposób przenoszenia reakcji momentu na konstrukcję pojazdu.

Mocowanie silnika musi zachować odpowiednią sztywność przy zmiennych obciążeniach.

Zarządzanie temperaturą ma znaczenie przy 12 kW

Chociaż silniki elektryczne mogą osiągać wysoką sprawność, część energii zawsze zamienia się w ciepło.

Obciążenie termiczne jest szczególnie istotne podczas długotrwałej pracy z wysokim prądem.

Powtarzające się przyspieszenia, strome podjazdy, duże obciążenie pojazdu oraz wysoka temperatura otoczenia mogą zwiększać temperaturę układu napędowego.

Z tego względu zachowanie termiczne powinno być sprawdzane w realistycznych warunkach jazdy.

Krótkie testy przy niewielkim obciążeniu nie pokazują w pełni, jak napęd będzie zachowywał się podczas długiej i wymagającej pracy.

Instalacja powinna zapewniać odpowiednie warunki odprowadzania ciepła z silnika i sterownika.

Jeżeli potrzebne są dodatkowe rozwiązania chłodzące, należy uwzględnić je jeszcze przed zakończeniem ostatecznego projektu mechanicznego.

Hamowanie regeneracyjne w indywidualnej konwersji EV

Jeżeli wybrany sterownik i system akumulatora obsługują hamowanie regeneracyjne, silnik elektryczny może wspomagać zwalnianie pojazdu, jednocześnie przekazując część odzyskanej energii do baterii trakcyjnej.

Skuteczność regeneracji zależy od kilku elementów.

Akumulator musi być zdolny do przyjmowania prądu ładowania, kontroler powinien obsługiwać odpowiedni tryb pracy, a system sterowania pojazdem musi zostać prawidłowo skonfigurowany.

Regeneracja może również wymagać ograniczenia, jeżeli akumulator jest już w pełni naładowany.

Niezależnie od dostępnych funkcji odzysku energii mechaniczny układ hamulcowy pozostaje podstawowym i niezależnym systemem bezpieczeństwa.

Zabezpieczenia i instalacja systemu wysokonapięciowego

Wraz ze wzrostem wybranego napięcia systemu rośnie znaczenie prawidłowej ochrony elektrycznej.

Obwód trakcyjny powinien wykorzystywać odpowiednio dobrane bezpieczniki, styczniki, złącza oraz urządzenia odłączające.

Przekroje przewodów muszą być dobrane do wartości prądu, ich długości oraz warunków montażowych.

Wszystkie przewody wysokiego napięcia powinny być poprowadzone w sposób zabezpieczający je przed przetarciem, drganiami, wysoką temperaturą oraz przypadkowym uszkodzeniem mechanicznym.

Konstrukcja powinna również umożliwiać jednoznaczne i bezpieczne odłączenie akumulatora podczas serwisowania.

Profesjonalna konwersja EV nie jest definiowana wyłącznie przez osiągi silnika.

Równie istotne są bezpieczeństwo elektryczne i możliwość bezpiecznej konserwacji całego systemu.

Solidna podstawa zaawansowanych projektów pojazdów elektrycznych

Silnik elektryczny QS-273 12000W został zaprojektowany do projektów wymagających mocnego i elastycznie konfigurowanego napędu BLDC.

Moc 12 kW i szeroki wybór napięć systemowych sprawiają, że jednostka może znaleźć zastosowanie w indywidualnych układach, w których projektant chce samodzielnie dopasować architekturę baterii, sterownik i mechaniczny sposób przeniesienia napędu.

Silnik może stać się centralnym elementem efektywnego elektrycznego układu napędowego, jednak jakość końcowego rezultatu zależy od kompletnego projektu.

Możliwości baterii, limity BMS-u, ustawienia sterownika, przewody, zabezpieczenia, przełożenie, masa pojazdu, średnica kół oraz warunki termiczne powinny być rozpatrywane wspólnie.

Jeżeli wszystkie te elementy zostaną właściwie dopasowane, QS-273 12000W może stanowić elastyczną bazę do budowy wymagającego pojazdu elektrycznego.

Przed rozpoczęciem projektu warto potwierdzić dokładną wersję silnika, konfigurację kV, napięcie zasilania oraz kompatybilność ze sterownikiem.

Staranna analiza całego systemu pozwala efektywnie wykorzystać możliwości jednostki, jednocześnie tworząc napęd praktyczny, przewidywalny i odpowiednio dobrany do konkretnego pojazdu.