AutoExpert
Reklama
Reklama

Platforma e-CMP

Preview
Groupe PSA
Reklama
Reklama

Grupa PSA realizuje wprowadzoną kilka lat temu strategię „Power of Choice”. Oznacza ona możliwość wyboru napędu spalinowego lub elektrycznego dla każdego modelu przy założeniu identycznych cech funkcjonalnych obu typów pojazdów.

Zespół napędu elektrycznego pojazdów Peugeot e-Expert oraz Citroën e-Jumpy opiera się na platformie e-CMP. Cechą charakterystyczną platformy jest zintegrowanie zespołu napędu w części przedniej oraz umieszczenie baterii trakcyjnej w specjalnie wyprofilowanej płycie podłogowej. Litowo-jonowa bateria trakcyjna dostępna jest w wersji o pojemności 50 kWh lub 75 kWh. W obu przypadkach bateria składa się z połączonych szeregowo ogniw litowo-jonowych, które pogrupowano w tzw. moduły (po 12 ogniw na moduł). Każdy moduł wyposażony jest w jednostkę sterującą, tzw. CMU (cell monitoring unit), której zadaniem jest nadzorowanie napięć i temperatur na poszczególnych ogniwach.

Preview
Schemat blokowy zespołu trakcji elektrycznej e-Expert, e-Jumpy. Źródło: Groupe PSA

Sterowanie ogniwami

Reklama

Z uwagi na żywotność baterii litowo-jonowej różnica napięcia pomiędzy poszczególnymi ogniwami nie może przekraczać 50 mV. Utrzymanie jednakowych napięć na poszczególnych ogniwach jest szczególnie ważne w procesie ładowania baterii. Nierównomierny rozkład temperatur oraz różnice fizykochemiczne prowadzą bowiem do odmiennej dynamiki ładowania różnych ogniw, a więc do niepożądanych różnic w napięciach.

Podstawową metodą utrzymania minimalnych różnic w napięciach ogniw podczas ładowania jest proces tzw. balansowania. Polega on na czasowym wyłączaniu ogniw osiągających napięcia progowe. Po wyrównaniu napięcia średniego ogniwo czasowo wyłączone zostaje ponownie włączone do obwodu ładowania. Balansowanie ogniw jest podstawowym procesem odpowiadającym za żywotność baterii trakcyjnej.

Drugim parametrem wpływającym na funkcjonalność i żywotność baterii jest temperatura ogniw. Zakres optymalnych temperatur pracy baterii litowo-jonowej wynosi od +10°C do +40°C (dopuszczalny: od –40°C do +55°C). Ogniwo litowo-jonowe oddaje ciepło zarówno podczas ładowania, jak i podczas rozładowywania. Konieczne jest więc jego chłodzenie.

W pojazdach Grupy PSA bateria trakcyjna chłodzona jest cieczą, a obwód chłodzenia poza klasycznym odbiorem ciepła spełnia również bardzo ważną funkcję „smooth”, czyli wyrównania temperatur pomiędzy ogniwami (np. pomiędzy ogniwem zewnętrznym a ogniwem wewnętrznym podczas jazdy).

Ładowanie baterii trakcyjnej

Bateria trakcyjna może być ładowana w trybie 2, 3 lub 4. Oznacza to, że możemy ładować bezpośrednio z typowego gniazdka domowego 8 A lub gniazdka współpracującego z domową instalacją przystosowaną do obciążenia prądem 14 A, tzw. Green’Up.

Ładowanie z gniazdek domowych (tryb 2) wykonywane jest za pośrednictwem kabla ładowania PSA, który zawiera moduł nadzorujący proces ładowania i zabezpieczający instalacje pojazdu przed zakłóceniami sieci.

Reklama

W zakresie trybu 3 możemy wykorzystać stację naścienną, tzw. WallBox. Tutaj dobór stacji naściennej (WallBox) zależeć będzie od typu ładowarki pokładowej (OBC – on board charger), w którą wyposażony jest pojazd.

Możliwe jest zamówienie pojazdu z ładowarką pokładową OBC jednofazową o mocy 7,4 kW lub trójfazową o mocy 11 kW. I tak, jeżeli mamy auto z OBC jednofazową, najkrótszy czas ładowania uzyskamy, ładując baterię trakcyjną z jednofazowej stacji naściennej WallBox. Jeżeli jednak mamy auto z OBC trójfazową, to najszybciej naładujemy baterię z trójfazowej stacji naściennej WallBox. W tym przypadku czas ładowania od 0% do 100% nie powinien przekroczyć 5 godzin. Oczywiście pojazd wyposażony w OBC jednofazowe może być ładowany trójfazowym WallBoxem i odwrotnie. W tym trybie nadzór nad procesem ładowania wykonywany jest przez stację  naścienną.

Preview
Zespół napędu elektrycznego – widok od przegrody nadwozia. W części górnej widoczna ładowarka OBC, poniżej falownik w czarnej obudowie. Pod falownikiem zabudowany silnik elektryczny z reduktorem. Źródło: Groupe PSA
Preview
Zespół napędu elektrycznego – widok od strony pasa przedniego. Ładowarka OBC zdemontowana. Widoczna wysokonapięciowa sprężarka pompy ciepła. Źródło: Groupe PSA

Co ważne, dla pojazdu użytkowego możliwe jest także ładowanie z tzw. superchargera o mocy do 100 kW. W tym przypadku 80% naładowania baterii uzyskuje się w czasie ok. 25 min. Gniazdo ładowania pojazdu spełnia więc europejski standard CSS Combo.

Jak łatwo zauważyć, ładowanie w trybie 2 i 3 wymaga transformacji prądu zmiennego sieci na prąd stały o napięciu nominalnym baterii trakcyjnej na poziomie 400 V. Funkcję tę spełnia wspomniana już ładowarka pokładowa OBC. Poza ww. funkcjonalnością OBC ma wbudowany moduł przetwornicy prądu stałego DC-DC, który podczas użytkowania pojazdu obniża napięcie stałe baterii trakcyjnej z 400 V do około 14,5 V. Jak nietrudno się domyślić, chodzi tu o zasilanie klasycznej instalacji pokładowej 12 V, która zasila wszystkie sterowniki samochodu oraz jego wyposażenie. W instalacji 12 V odnajdziemy klasyczny akumulator 12 V, który pozwala na zasilanie sterowników pojazdu w stanie czuwania, gdy pojazd nie jest użytkowany.

Co ważne, w przypadku rozładowania akumulatora 12 V nie jest możliwe „uruchomienie” pojazdu elektrycznego. W tej sytuacji brak zasilania przez akumulator 12 V oznacza brak pracy sterownika OBC, a więc doładowanie akumulatora 12 V przez OBC DC-DC nie jest możliwe. W górnej części ładowarki pokładowej OBC zintegrowano główne złącze mocy. Ze złącza wyprowadzono instalację do dwóch odbiorników, zasilanych napięciem 400 V. Chodzi tu o wysokonapięciową nagrzewnicę wody PTC i wysokonapięciową sprężarkę klimatyzacji.

Układ napędowy

Poniżej ładowarki OBC zabudowany został zespół silnika trakcji elektrycznej. W jego skład wchodzi falownik, silnik elektryczny i jednostopniowy reduktor. Falownik zasilany jest bezpośrednio przez baterię trakcyjną, przy czym linia zasilania falownika służy także do zasilania ładowarki OBC (lub do zasilania baterii trakcyjnej podczas ładowania w trybie 2 lub 3). Podstawowe elementy falownika to sterownik MCU (motor control unit) i zespół tranzystorów klasy IGBT, załączających zasilanie trzech uzwojeń trójfazowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi.

Synchroniczne sterowanie zasilaniem uzwojeń stojana (a więc sterowanie wirującym strumieniem magnetycznym, którego prędkość wirowania jest synchroniczna z obrotami silnika) możliwe jest tylko w koniunkcji z precyzyjną informacją o chwilowym położeniu wirnika. Funkcję tę spełnia tzw. resolver – indukcyjny czujnik położenia wirnika. Sterownik MCU, zmieniając częstotliwość sekwencji zasilania uzwojeń silnika, zmienia jego prędkość obrotową. Zmiana amplitudy napięcia zasilającego oznacza z drugiej strony zmianę momentu obrotowego silnika.

Charakterystyka momentu obrotowego silnika elektrycznego z magnesami trwałymi jest stała, tzn. możliwe jest uzyskanie maksymalnego momentu już w zakresie bardzo niskich prędkości obrotowych. Oznacza to brak konieczności stosowania przekładni ze zmiennymi przełożeniami. W jej miejsce zabudowany jest jednostopniowy reduktor z mechanizmem różnicowym i elektromechaniczną blokadą parkingową.

Preview
Złącze e-Service plug pozwala na odłączenie baterii trakcyjnej na czas wykonywania operacji serwisowych. Wysunięcie czerwonego języka powoduje otwarcie obwodu pętli nadzorującej stan złączy wysokiego napięcia. Po wykryciu otwarcia obwodu pętli bateria trakcyjna automatycznie rozłącza wewnętrzne przekaźniki bezpieczeństwa. (Widoczna górna część OBC, po prawej: wysokonapięciowa grzałka wodna). Źródło: Groupe PSA

Mechanika pojazdu nie uległa poważnym zmianom. Zastosowano klasyczny system hamulcowy, przy czym źródłem podciśnienia w układzie wspomagania jest elektryczna Vacum pompa. Naturalnie zupełnie nową konstrukcją są obwody chłodzenia baterii trakcyjnej, OBC czy falownika z silnikiem elektrycznym.
Nowością jest również pompa ciepła, która pozwoliła na zoptymalizowanie zarządzania energią cieplną, konieczną do ogrzewania wnętrza. Ta ciekawa konstrukcja umożliwia np. transfer ciepła generowanego przez maszyny elektryczne do wnętrza pojazdu. Warto podkreślić, że energia ogrzewania w aucie elektrycznym musi być pozyskiwana z baterii trakcyjnej. Jej optymalne wykorzystanie przekłada się więc na większy zasięg pojazdu.

Reklama

O Autorze

Krajowy koordynator techniczny Groupe PSA

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama