PL223701B1 - Sposób sprawdzania wskaźnika energetycznego pojazdów samochodowych, zwłaszcza elektrycznych i hybrydowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób sprawdzania wskaźnika energetycznego pojazdów sam ochodowych, zwłaszcza o napędzie elektrycznym i hybrydowym.

Podnoszone wymagania ochrony środowiska zwłaszcza w coraz bardziej zatłoczonych aglomeracjach miejskich, spowodowały zwiększone zainteresowanie firm jak również osób prywatnych sam ochodami o zerowej lub bardzo niskiej emisji dwutlenku węgla. W wielu aglomeracjach wielkomiejskich Europy powstały już specjalne strefy, w których można poruszać się tylko pojazdami o zerowej lub bardzo ograniczonej emisji dwutlenku węgla.

Wprowadzenie do produkcji tych pojazdów wymuszają też coraz ostrzejsze wymagania przepisów homologacyjnych (zwłaszcza w zakresie emisji dwutlenku węgla). Spowodowało to, że producenci samochodów opracowują do produkcji i oferują klientom nowe modele pojazdów zwłaszcza elektrycznych i hybrydowych o zerowej lub bardzo ograniczonej emisji dwutlenku węgla. Do pojazdów tych również zalicza się samochody z silnikami spalinowymi, zasilanymi paliwami alternatywnymi np. gaz ziemny CNG, wodór, biokomponenty jak również z innymi silnikami np. na sprężone powietrze. W szerokiej gamie pojazdów samochodowych trudno zorientować się, który z oferowanych pojazdów jest lepszy lub gorszy - bardziej przyjazny dla użytkownika i środowiska. Producenci i marketingowcy podają dla samochodów elektrycznych i hybrydowych zużycie energii elektrycznej według europejskiego testu NEDC, który jest mało dokładny i przewiduje badania w stałych warunkach laboratoryjnych, które nie odpowiadają rzeczywistej eksploatacji drogowej. Dla samochodów elektrycznych przeprowadza się też pomiary sprawności energetycznej według normy PN-EN 1986-1 (2001 r.), która bazuje na cyklu NEDC. Również duża liczba parametrów podawanych przez producentów i brak wzajemnego powiązania między nimi powoduje, że ocena zwłaszcza dla użytkowników pojazdów jest bardzo utrudniona.

Sposób sprawdzania pojazdów samochodowych według wynalazku przez określenie wskaźnika energetycznego, zwłaszcza pojazdów z napędem elektrycznym lub hybrydowym umożliwia przejrzystą ocenę i porównanie tego samego rodzajów pojazdów. Wskaźnik ten zawiera syntetyczne zestawienie najważniejszych parametrów energetycznych pojazdu takich, jak jego zużycie energii na 100 km, całkowitą energię w zasobnikach, straty energii, własną masę pojazdu, masy zasobników oraz masę użytkową. Umożliwia on również proste obliczenie zasięgu pojazdu, parametru ważnego dla użytkownika, szczególnie pojazdu elektrycznego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu sprawdzania i oceny wskaźnika energetycznego pojazdów samochodowych, zwłaszcza o napędzie elektrycznym i hybrydowym przy użyciu dostępnych środków technicznych. Do określenia parametrów niezbędnych do obliczenia wskaźnika ene rgetycznego stosuje się dwa stanowiska badawcze. Pierwsze to hamownia podwoziowa do określenia zużycia energii a drugie to układ wagowy do określenia mas. Zmierzone parametry zostają wstawione do opracowanego wzoru algebraicznego i po obliczeniach w postaci wartości liczbowej (bezwymiarowej) stanowią jednoznacznie określony wskaźnik energetyczny.

Istota opracowanego według wynalazku sposobu sprawdzania polega na tym, że aby określić wskaźnik energetyczny pojazdu samochodowego wykonuje się pomiary wybranych parametrów na dwóch stanowiskach badawczych minimum jednego pojazdu, przy czym proces sprawdzenia i oceny przebiega w trzech następujących po sobie etapach czasowych:

W etapie pierwszym montuje się pojazd na stanowisku badawczym - hamowni podwoziowej i wykonuje się pomiary energetyczne w ruchu według ustalonego cyklu, zużytej energii pobieranej z zasobników a następnie oblicza się energię zużytą na określoną jednostkę przebiegu pojazdu np. 100 km, oznaczając ją, jako E₁₀₀, po czym określa się sumaryczne straty energii dodatkowej (poza napędem) w pojeździe podczas ruchu aż do jej wyczerpania w zasobnikach, oznaczone, jako AE = E-ι, + E₂ +,....+ Ek.

W etapie drugim montuje się pojazd na stanowisku badawczym - wagowym i wykonuje się pomiary mas: masy własnej pojazdu mw, masy użytkowej mu, następnie wymontowuje się z pojazdu zasobniki energii, oraz mierzy ich masy: m₁, m₂ ... m_n, przy czym masę użytkową można też obliczyć, jako różnicę dopuszczalnej masy całkowitej (dmc) i masy własnej m _w.

W etapie trzecim wykonuje się obliczenia wskaźnika energetycznego We sprawdzanego pojazdu i ewentualnie jego ocenę porównawczą z innymi pojazdami w przypadku sprawdzania kilku poja zdów tego samego rodzaju. Otrzymane wartości z pomiarów w etapie pierwszym i drugim wstawia się do wzoru określającego wskaźnik energetyczny pojazdu W_e:

PL 223 701 B1

W„ = R '100 •Σ m_ (E_c - AE)(, ^mw + ^mu, (1) w którym oznaczono:

W_e - wskaźnik energetyczny pojazdu (bezwymiarowy),

R_p - stała zależna od rodzaju pojazdu,

E₁₀₀ - zużycie energii [kWh/100 km],

E_c - energia całkowita w zasobnikach energii [kWh],

ΔΕ = (E₁ + E₂ + .... Ek), suma strat energii zużytej dodatkowo [kWh], m_w - masa własna pojazdu [kg], m_u - masa użytkowa pojazdu [kg],

Z_mz = (m₁ + m₂ + .... m_n), masa całkowita zasobników energii [kg], e^x - funkcja nieliniowości wskaźnika.

Porównuje się otrzymane wartości liczbowe obliczonych wskaźników energetycznych dla sprawdzanych pojazdów. Im mniejsze wartości tym pojazd lepszy. Dla samochodów kategorii homologacyjnych: osobowych M1 i ciężarowych N1 (do 3,5 T dmc) przypisuje się rozpiętość wartości liczbowej W_e od 1 do 35.

Na podstawie danych zawartych i wykorzystanych we wzorze (1) można obliczyć również ważny parametr, jakim jest zasięg pojazdu aż do wyczerpania energii w zasobnikach według poniższego wzoru:

E_c -ΔΕ

Zp =~y--100 (2) ^E100 w którym oznaczono:

Z_p - zasięg całkowity pojazdu [km],

E_c - jak we wzorze (1),

ΔE - jak we wzorze (1),

E100 - jak we wzorze (1).

Przykłady sprawdzania wskaźnika energetycznego W_e i zasięgu Z_p dla dwóch samochodów elektrycznych.

Pojazd EV nr 1 - samochód osobowy.

Dane pojazdu:

R_p = 100, stała zależna od rodzaju pojazdu (uwzględniająca kategorię homologacyjną M1, oraz rodzaj napędu - elektryczny),

E₁₀₀ = 20,5 [kWh/100 km], zużycie energii zmierzone według cyklu NEDC na hamowni podwoziowej,

E_c = 17 [kWh], energia całkowita w zasobnikach (bateria 12 akumulatorów ołowiowo-kwasowych), ΔE =2,5 [kWh], straty energii zużytej dodatkowo (poza napędem E₁₀₀) w tym: ogrzewanie i klimatyzacja, oświetlenie, samorozładowanie, serwomechanizmy, multimedia), m_z = 400 [kg], masa całkowita zasobników energii, m_w = 1410 [kg], masa własna pojazdu, mu = 300 [kg], masa użytkowa pojazdu, e^x - funkcja nieliniowości wskaźnika, ustalana z tablic matematycznych, przyjęto x = 0.

Po przyjęciu stałych R_p = 100 i e⁰ = 1 wzór (1) ma postać:

W_e =100 ^Ei00 ·Σ^mz ^(Ec ^-ΔΕ)^(mw + ^mu ⁾

Wskaźnik energetyczny pojazdu po wstawieniu danych do powyższego wzoru wynosi:

We = 33

Zasięg pojazdu po wstawieniu danych do wzoru (2) wynosi Zp = 70,7 [km]

PL 223 701 B1

Pojazd EV nr 2 - samochód osobowy

Dane pojazdu:

Rp= 100,

E100 = 12,5 [kWh]

E_c = 20 [kWh], akumulatory litowo-jonowe,

AE =1,5 [kWh], mz = 200 [kg], mw= 1100 [kg], mu = 400 [kg].

Objaśnienia do wyżej wymienionych danych jak w przykładzie dla pojazdu EV nr 1.

Wskaźnik energetyczny pojazdu po wstawieniu danych do wzoru jak w przykładzie nr 1 wynosi: W_e = 9

Zasięg pojazdu po wstawieniu danych do wzoru (2) wynosi:

Z_p = 148 [km].

Pojazdy EV w powyższych przykładach, dla których dokonano określenia wskaźnika energetycznego mają bardzo różne wartości wskaźnika W_e. Tak duże różnice wynikają przede wszystkim z różnych technologii.

Pojazd EV nr 1 powstał na bazie seryjnie produkowanego samochodu z silnikiem spalinowym przez konwersję i ma akumulatory ołowiowo-kwasowe.

Pojazd EV nr 2 jest seryjnie produkowany z akumulatorami litowo-jonowymi.

Przedstawiony według wynalazku sposób sprawdzania wskaźnika energetycznego pojazdu może być bardzo przydatny również przy konstrukcji nowych pojazdów. Wskaźnik energetyczny i zasięg pojazdu można też określić szacunkowo na podstawie danych katalogowych przy wykorzystaniu podanych wzorów.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób sprawdzenia wskaźnika energetycznego pojazdów samochodowych, zwłaszcza elektrycznych i hybrydowych, znamienny tym, że aby określić wskaźnik energetyczny, pojazdu samochodowego wykonuje się pomiary laboratoryjne wybranych parametrów na dwóch stanowiskach bada wczych, minimum jednego pojazdu, przy czym proces sprawdzenia i oceny przebiega w trzech następ ujących po sobie etapach czasowych:

   - w etapie pierwszym montuje się pojazd na stanowisku badawczym - hamowni podwoziowej i wykonuje się pomiary energetyczne w ruchu według ustalonego cyklu, zużytej energii pobieranej z zasobników a następnie oblicza się energię zużytą na określoną jednostkę przebiegu pojazdu np. 100 km, oznaczając ją, jako E₁₀₀, po czym określa się sumaryczne straty energii dodatkowej (poza napędem) w pojeździe podczas ruchu aż do jej wyczerpania w zasobnikach, oznaczone, jako AE = E1, + E2 +, + E_k,

   - w etapie drugim montuje się pojazd na stanowisku badawczym - wagowym i wykonuje się pomiary mas: masy własnej pojazdu mw, masy użytkowej mu, następnie wymontowuje się z pojazdu zasobniki energii oraz mierzy ich masy: m₁, m₂ .... m_n, przy czym masę użytkową mu można też obliczyć, jako różnicę dopuszczalnej masy całkowitej (dmc) i masy własnej mw,

   - w etapie trzecim wykonuje się obliczenia wskaźnika energetycznego W_e sprawdzanego pojazdu na podstawie wyników uzyskanych w poprzednich etapach i ewentualnie wykonuje ocenę porównawczą w przypadku sprawdzania kilku pojazdów, przy czym otrzymane wartości z pomiarów wstawia się do wzoru:

   W„ = R ^E100 -Σ

   m.

   (Ε, - AE)( ^mw + ^muc (1) w którym oznaczono:

   We - wskaźnik energetyczny pojazdu (bezwymiarowy), R_p - stała zależna od rodzaju pojazdu,

   PL 223 701 B1

   E-ioo - zużycie energii [kWh/100 km],

   E_c - energia całkowita w zasobnikach energii [kWh],

   ΔΕ = Ei + E₂ + .... E_k ,suma strat energii zużytej dodatkowo [kWh], m_w - masa własna pojazdu [kg], m_u - masa użytkowa pojazdu [kg],

   Zm_z = m₁ + m₂ + ... m_n, masa całkowita zasobników energii [kg], e^x - funkcja nieliniowości wskaźnika.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zasięg całkowity pojazdu można obliczyć z wzoru:

   E_c -ΔΕ

   Z =—--100 ^p E ^E100 w którym oznaczono:

   Z_p - zasięg całkowity pojazdu [km],

   E_c - jak we wzorze (1),

   ΔE - jak we wzorze (1),

   E₁₀₀ - jak we wzorze (1).