Двигатель перемотан на напряжение 115VAC по схеме с совмещёнными обмотками типа "Славянка". Частотник используется на 115V, и предназначался для электросетей США.
Батарея собрана из 48-и банок LiFePo4 аккумуляторов. Параллельно каждой из них включен балансир. В каждом балансире имеется светодиод, сигнализирующий о полном заряде этой банки. Полностью заряженная батарея имеет напряжение 175V. Работоспособность батареи сохраняется приблизительно до 140V. Батарея поддерживает ток заряда до 5A.
Ниже представлена отладочная блок-схема гибридного транспортного средства с двигателем с совмещённой обмотки типа «Славянка, поскольку на малых оборотах такой двигатель создаёт 4-х кратный крутящий момент, по сравнению с обычным асинхронным двигателем.
Изначально предполагалось, что двигатель лучше мотать на нестандартное пониженное напряжение, для уменьшения количества банок аккумуляторов. Однако, ознакомившись с ассортиментом и ценами на низковольтные ПЧ мы пришли к выводу, что целесообразнее использовать промышленный ПЧ, рассчитанный на питание от 3-х фазной сети переменного тока 200...240V - для транспортных средств средней грузоподъёмности, и ~115V – для более лёгких применений.
Примером первого ПЧ может быть VARISPEED CIMR-F7Z-2018 – 18kW,
второго - VACON0010-1L-0005-1-MACHINERY ~115V 1.1kW.
Диодный мост на входе ПЧ исключается, напряжение питания с аккумуляторов подаётся непосредственно на конденсатор фильтра.
При использовании ПЧ с векторным управлением можно отказаться от коробки передач – КПП.
Аккумуляторы можно использовать разные, у каждого типа есть свои достоинства и недостатки. Свинцово - кислотные самые дешевые, но и самые тяжелые, зато не требуют балансировочных устройств на каждой банке. Однако, самый неприятный их недостаток – малое количество циклов заряда – разряда. Поэтому оставим их в прошлом.
Никель – металл — гидридные получше, однако в промышленных гибридах сейчас от них отказываются в пользу LiFePO4.
Это лучший вариант, цена за 1Ah около 70…80р, к сожалению, требуются балансировочные устройства на 3.65V. Однако их плюс в том, что в процессе цикла разряда напряжение на них остаётся более-менее стабильным в пределах 3.2V. Хотя, рабочим считается диапазон 2.8…3.65V.
LiIon и LiPo аккумуляторы имеют меньший вес при той же мощности, но цена у них более 100р. за 1ah. Требуются балансировочные устройства на каждой банке на 4.2V. Кроме того имеют меньшее число циклов заряда – разряда.
Таким образом, целесообразно использовать один из последних типов аккумуляторов: LiPo или LiFePO4, у последних цена получится ниже, вес немного больше, разброс напряжений немного ниже, больше циклов заряд — разряд.
Стоить заметить, что для гибрида особо большая ёмкость аккумуляторов не нужна. Основная их функция – буфер между генератором и ПЧ. При разгоне энергия берётся из АКБ, при ровной езде – от генератора, в это же время происходит подзарядка АКБ для следующих разгонов. Вторичная функция АКБ – забирать энергию в себя при торможении двигателем — рекуперация.
В качестве генератора можно использовать массу различных устройств. Это и стандартные генераторы, работающие на бензине, солярке или газу. Лучшие результаты должны дать линейные (вибрационные) генераторы, в которых отсутствует кривошипно-шатунный механизм, в результате чего, повышается их КПД. Можно использовать двигатель внешнего сгорания - Стирлинга, совмещённый с линейным генератором и топить гибрид дровами)))
Возьмём для примера гибридный автомобиль Toyota Prius NHW20.
В высоковольтной батарее ВВБ используются NiMH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы (ячейки) ёмкостью 6500 mAh и номинальным напряжение 7.2v.
Каждая ячейка состоит из шести "банок" напряжением 1.2v объединенных в один общий корпус с двумя выводами по краям. В высоковольтной батарее таких ячеек 28 штук,
разбитых на 14 контролируемых компьютером пар.
Общее количество элементов питания 6 *28 =168шт. Среднее напряжение 1.2 *168 =201.6V. Общая мощность (6500mah/1000) *7.2V *28шт. =1310.4 W.
Делаем перерасчёт на LiPo и PiFePO4 батареи, с учётом того, что они будут питать промышленный ПЧ - VARISPEED F7 .
Номинальное напряжение - 3 фазы, 200/220/230/240V + 10%, - 15%, 50/60 Гц
Следовательно, ПЧ сохраняет работоспособность при переменном напряжении на его входе от 170 до 264 вольт.
По постоянке - это 170 *sqrt(2) =240.4 минус падение на диодах моста 239 V
264 *sqrt(2) =373.3 минус падение на диодах моста 372 V
Для LiIon, выбираем 84 банки. Диапазон напряжений составит:
84 *2.85 = 239…84 *3.7 = 311…84 *4.2 = 353V
Pэл =1300 /84 =15.5W; Iэл =1000 *15.5 /3.7 = 4200mah.
Для LiFePO4 оптимально 96 банок. Диапазон напряжений составит:
96 *2.8 = 268.8…96 *3.2 = 307.2…96 *3.65 = 350.4V
Pэл =1300 /96 =13.5W; Iэл =1000 *13.5 /3.2 = 4232mah.
Стоимость 96-и ячеек LiFePO4 5500mah составит около 45000р. Стоимость балансировочных устройств к ним – 5000р. И того: 50000р. Масса 15kg.
Теперь произведем расчёт, с использованием ПЧ на 115Vac , подходящий, скажем, для электромопеда .
VACON0010-1L-0005(4,3,2,1)-1-MACHINERY ~115V;
1.1(0.75, 0.55, 0.37, 0.25) kW; 4.7(3.7, 2.8, 2.4, 1.7) A
Input voltage Uin 115 V, -15%...+10% 1~ 97.75… 126.5V
По постоянке это: 138.24…178.9V, минус падение на мосте 137…177.5 V
Для LiIon выбираем 44 банки. Диапазон напряжений составит:
44 *3.11 = 137 …44 *3.7 = 163…44 *4.2 = 184.8V, вывод: забрать можно около 90...94% емкости.
Для LiFePO4 оптимально 48 банок. Диапазон напряжений составит:
48 *2.85 = 136.8…48 *3.2 = 153.6…48 *3.65 = 175.2V, вывод: забрать можно около 98% емкости.
Возьму асинхронный двигатель на 180W (завалялся у меня такой), перемотаю его на 115Vac, "Славянку". 48 элементов LiFePO4 5.5ah обойдутся в 22.2т.р., плюс балансировочные платы 2.5т.р. масса АКБ получится 7.1кг. При потреблении 180W на таком АКБ ехать можно в течении 4.7часа. При 500W - 1.7часа.
Варианты схем зарядных устройств для вышеприведённых сборок аккумуляторов приведены в этой статье:
https://zen.yandex.ru/media/id/5bd8cde51aa96600aba0c0ae/shemy-ip-dlia-zariada-akb-5f661e2ec833846a1d838999
собраны, проверены, работают, лучший вариант - на TL494.
