Παραγωγή Συσσωρευτών Τύπου AGM
Τσακανίκας, Μιχαήλ Α.; Tsakanikas, Michail A.
Manufacture of AGM Batteries
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Η/Υ
Περιγραφή των τύπων μπαταριών με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους και ειδικά των μπαταριών VRLA/AGM
Manufacture of VRLA/AGM batteries and other type of batteries with advantages and disadvantages
Ανάπτυξη μεθοδολογίας προσομοίωσης λειτουργίας και διαχείρισης ενέργειας υβριδικών ηλεκτροκίνητων οχημάτων
Παπαζαχαρόπουλος, Κωνσταντίνος Ζ.; Papazacharopoulos, Konstantinos Z.
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται και εξετάζονται οι σύγχρονες εναλλακτικές τεχνολογίες του κινητηρίου συστήματος των υβριδικών οχημάτων ενώ δίνεται έμφαση στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε εξεταζόμενης διαμόρφωσης. Επιπλέον προτείνεται μία νέα μεθοδολογία ελέγχου του συστήματος ηλεκτρικής κίνησης, η οποία αναπτύχθηκε σε περιβάλλον Matlab®/Simulink® και ενσωματώθηκε σε μοντέλο υβριδικού οχήματος σειριακής / παράλληλης διαμόρφωσης, που εξετάσθηκε λεπτομερώς στα πλαίσια της εργασίας. Για την επιβεβαίωση της ορθότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας ελέγχου και του μοντέλου που διαμορφώθηκε, τα αποτελέσματα συγκρίνονται με εκείνα του βιομηχανικού λογισμικού προσομοίωσης οχημάτων ADVISOR. Από τη διερεύνηση αυτή, αναδείχθηκε ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία ελέγχου μπορεί να συμβάλει στη μείωση κατανάλωσης καυσίμου σε συνθήκες πυκνής κυκλοφορίας οχημάτων σε αστικό περιβάλλον.
This thesis presents and analyses extensively the modern hybrid vehicle technologies illustrating the advantages and disadvantages of alternative recommended solutions. In addition a new control strategy of hybrid vehicle drive system is proposed and implemented in a series / parallel hybrid electric vehicle model that has been developed by using Matlab®/Simulink® software. The proposed control strategy and model structure have been validated by comparing the results to the ones obtained by the industrial vehicle simulation software, ADVISOR. This analysis has shown that the proposed control methodology can offer great services in reducing fuel consumption of hybrid vehicles circulating in city center under tough traffic conditions.
Προγραμματισμός, κατανομή και διαχείριση φορτίου ηλεκτρικών οχημάτων βάσει οικονομικών και δικτυακών κριτηρίων
Μαρμαράς, Χαράλαμπος Ε.; Marmaras, Charalampos E.
Schedule, distribution and distach algorithms for electric vehicle load based on economic and network criteria
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος
Η διαρκής ανάπτυξη και εξέλιξη της ηλεκτροκίνησης φέρνει τους εμπλεκόμενους φορείς στον χώρο των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας αντιμέτωπους με νέες προκλήσεις, καθώς το προφίλ του ηλεκτρικού φορτίου αλλάζει, και τίθενται νέες παράμετροι. Τα πρώτα χρόνια το ποσοστό διείσδυσης αναμένεται να είναι σχετικά μικρό, και να μην επηρεάσει αισθητά την λειτουργία του δικτύου. Με τον αριθμό των ηλεκτρικών οχημάτων όμως σταδιακά να αυξάνεται, υπάρχει κίνδυνος να εμφανιστούν προβλήματα σε βασικά χαρακτηριστικά του δικτύου όπως τάσεις ζυγών και φόρτιση γραμμών. Επομένως κρίνεται απαραίτητη η ανάπτυξη συστημάτων ελέγχου κατάλληλων για την αντιμετώπισή τους. Σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου ελέγχου της φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων. Αναπτύσσονται και παρουσιάζονται αλγόριθμοι για τον προγραμματισμό, την κατανομή και την διαχείριση του φορτίου των οχημάτων με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους. Στην συνέχεια οι αλγόριθμοι αυτοί επεκτείνονται έτσι ώστε να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων στην λειτουργία του δικτύου. Ακολουθούν προσομοιώσεις σε ένα ρεαλιστικό αστικό δίκτυο διανομής και μελετάται η συνεισφορά της χρήσης αυτών στα τεχνικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά λειτουργίας του δικτύου, όπως τάσεις ζυγών, φόρτιση γραμμών και μετασχηματιστών, και απώλειες δικτύου. Για την ανάπτυξη των αλγορίθμων χρησιμοποιείται το προγραμματιστικό περιβάλλον του MATLAB, ενώ η προσομοίωση στο δίκτυο πραγματοποιείται με την βοήθεια του λογισμικού EUROSTAG. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση της υπάρχουσας τεχνολογίας των ηλεκτρικών οχημάτων και των υποδομών φόρτισης, καθώς και των προτύπων που έχουν καθιερωθεί για την σύνδεση αυτών με το Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι φάσεις διείσδυσης των οχημάτων και τα νέα επιχειρηματικά μοντέλα που προκύπτουν. Στο κεφάλαιο 3 επεξηγούνται αναλυτικά οι διαδικασίες ελέγχου που προτείνονται και οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν γι’ αυτό το σκοπό, ενώ στο κεφάλαιο 4 εμφανίζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτών σε ένα υπαρκτό δίκτυο διανομής. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 συνοψίζονται τα καταληκτικά συμπεράσματα, όπως προκύπτουν από την μελέτη της επίδρασης της φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων στην λειτουργία του δικτύου.
The continuous growth and evolve of vehicle electrification causes the electric power systems to confront new challenges, since the load profile changes, and new parameters are being set. Initially, the EV uptake is expected to be relatively small, and the network operation will not be considerably affected. However, with the number of EVs gradually rising, problems may occur in technical characteristics of the network, like bus voltages and line congestion. Therefore, it is necessary to develop new EV management systems so as to prevent such phenomena. This diploma thesis intends to propose a complete model for the control of EV charging. Algorithms for schedule, distribution and management of EV load are presented, focusing on minimizing the energy cost. Then, these algorithms are being modified so as the effect on network’s parameters is taken into account. With the simulations that follow on a real urban distribution network, we have the chance to study the contribution of their use in the technical and quality specifications of the network, like bus voltages, line and transformer loading, and losses. The algorithms are developed in MATLAB programming language, whilst the network simulation is carried out with the software EUROSTAG. In chapter 1, one can find a brief overview of existing EV and charging infrastructure technologies as well as the basic established standards for their connection with electric power systems. In chapter 2, the penetration phases and the new business models that arise, are described. In chapter 3, there is a detailed analysis of the proposed control procedures and the algorithms developed for this purpose, while in chapter 4 the simulation results are shown. Finally, in chapter 5, the comparative conclusions from the study of EV charging and its effect on the network are summarized.
Σχεδιασμός και κατασκευή κινητήρων μονίμων μαγνητών για ηλεκτρικά οχήματα
Λάσκαρης, Κωνσταντίνος Ι.; Laskaris, Konstantinos I.
Design and construction of permanent magnet motors for electric vehicles
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος
Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνώνται οι μεθοδολογίες σχεδίασης και κατασκευής ηλεκτρικών Συγχρόνων Μηχανών Μονίμων Μαγνητών, κατάλληλων για συστήματα ηλεκτρικής κίνησης οχημάτων. Γίνεται ενδελεχής μελέτη της βελτιστοποίησης της γεωμετρίας των ηλεκτρικών κινητήρων ώστε να αναδειχθούν τα προβλήματα και οι ιδιαιτερότητες που έχουν οι μηχανές που προορίζονται για εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας. Η διατριβή έχει ως στόχο τη διερεύνηση των σχεδιαστικών μεθοδολογιών, οι οποίες επιτρέπουν τον προσδιορισμό βέλτιστων διαμορφώσεων μηχανών μονίμων μαγνητών, όταν οδηγούνται υπό συγκεκριμένες στρατηγικές ελέγχου. Κατά τη διερεύνηση των προβλημάτων, αναλύονται και απομονώνονται τα επιμέρους είδη απωλειών και υπολογίζεται η συνεισφορά κάθε είδους, μέσω καταλλήλων προσομοιώσεων και πειραμάτων. Προτείνονται σχεδιαστικές διαμορφώσεις στις υφιστάμενες τεχνολογίες προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες, να αυξηθεί η πυκνότητα ισχύος, να επεκταθεί το εύρος ταχυτήτων και να μειωθεί το κόστος και η κατασκευαστική δυσκολία. Εξετάζονται λεπτομερώς και συγκρίνονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση μίας σχέσης μετάδοσης ή από την απευθείας ζεύξη ηλεκτρικών μηχανών στους τροχούς των οχημάτων, σε σύγκριση με τη χρήση κιβωτίου ταχυτήτων και αναλύεται η στρατηγική ελέγχουν σταθερής ροπής – σταθερής ισχύος. Αναφορικά με αυτή τη στρατηγική ελέγχου, διερευνάται η καταλληλότητα μηχανών επιφανειακών και εσωτερικών μαγνητών υπό συνθήκες υπερφόρτισης ροπής (over torque) και εξασθένισης πεδίου (field weakening) και σχεδιάζονται γεωμετρίες που επιτυγχάνουν κατάλληλο συμβιβασμό μεταξύ αμοιβαίως αντιμαχόμενων κριτηρίων με τον βέλτιστο δυνατό τρόπο. Διερευνώνται οι δυνατότητες των τυλιγμάτων κλασματικής αύλακας σε μηχανές μονίμων μαγνητών (ΜΜΜ) για εφαρμογές μεγάλης πυκνότητας ισχύος, ενώ ταυτόχρονα αναδεικνύονται τα λειτουργικά και κατασκευαστικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις ΜΜΜ τυλιγμάτων πλήρους βήματος παρόμοιων προδιαγραφών. Σα προσομοιωμένα χαρακτηριστικά και οι προτεινόμενες διαμορφώσεις επιβεβαιώνονται πειραματικά με την κατασκευή δοκιμίων για τις βέλτιστες γεωμετρίες.
The present doctoral thesis investigates the design methodologies and manufacturing procedures of Permanent Magnet Synchronous Machines, suitable for electric traction applications of electric vehicles. An appropriate analysis is undertaken in order to identify the problems and the particularities of traction motors that are intended to be used in variable speed drives. Specific design methodologies are developed in order to derive optimal motor configurations involving constant power control strategies. The different types of magnetic losses are analyzed and the contribution of each type is quantified by means of appropriate simulations and experiments. Design solutions are proposed in order to ensure decreased losses, increased power density, extended speed range as well as reduced cost and constructional difficulty. Finally the thesis analyses in depth the advantages and disadvantages resulting from the use of single gear transmission or from the direct coupling of electric motor on the vehicle wheels. An appropriate mathematical tool provides benchmark of the suitability of the combined configurations of motors with transmission ratios, for constant torque – constant power control. The operation of surface and internal permanent magnet motors under conditions of torque boost and field weakening is analyzed and finally an optimal configuration providing a good compromise between mutually exclusive characteristics is proposed. The use of fractional slot concentrated windings is analyzed with respect to their suitability for high power density applications while the advantages and drawbacks compared to full pitch windings are studied. The operational characteristics of the proposed configurations are experimentally validated by manufacturing and measuring appropriate prototypes.
Σχεδιασμός Ηλεκτρικού Αυτοκινήτου Πόλης
Σταμούλης, Βασίλειος Φ.; Stamoulis, Vasileios F.
Electric Urban Vehicle Design.
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής
Περιβαλλοντική και ενεργειακή αξιολόγηση νέων τεχνολογιών οχημάτων στο λεκανοπέδιο της Αττικής
Ξιούρας, Χρήστος Α.; Xiouras, Christos A.
Environmental and energy assessment of new vehicle technologies in Greater Athens Area
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων. Μονάδα Διαχείρισης Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Συστημάτων
Ο τομέας των μεταφορών στην Ελλάδα καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της τελικής κατανάλωσης ενέργειας και συνεπώς αποτελεί τεράστιο πεδίο μελετών εξοικονόμησης ενέργειας. Οι επακόλουθες εκπομπές αποτελούν επίσης μια από τις κύριες πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η κατάσταση επιβαρύνεται σημαντικά στο Λεκανοπέδιο της Αττικής, όπου περίπου τα μισά ιδιωτικά αυτοκίνητα της χώρας, κυκλοφορούν σε μία έκταση ίση με το 3% της συνολικής έκτασης της χώρας. Επιπρόσθετα, ο στόλος των επιβατικών αυτοκινήτων αποτελείται σχεδόν εξ’ ολοκλήρου από οχήματα εσωτερικής καύσης, που χρησιμοποιούν ως καύσιμο βενζίνη ή πετρέλαιο κίνησης. Η χαμηλή ενεργειακή απόδοση των οχημάτων αυτών καθώς και η ανάγκη περιορισμού της χρήσης των πετρελαϊκών παραγώγων, απαιτούν την ανάπτυξη και την εφαρμογή νέων τεχνολογιών οχημάτων και εναλλακτικών καυσίμων. Η παρούσα εργασία εξετάζει την ενεργειακή εξοικονόμηση, και τον περιορισμό των περιβαλλοντικών προβλημάτων, μέσω της εισαγωγής νέων, φιλικότερων προς το περιβάλλον επιβατικών οχημάτων στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας. Τρείς τεχνολογίες οχημάτων εξετάζονται: (α) υβριδικά οχήματα, (β) ηλεκτρικά οχήματα και (γ) οχήματα κυψελών καυσίμου. Ο περιορισμός της κατανάλωσης βενζίνης, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό, από το ποσοστό διείσδυσης των νέων τεχνολογιών οχημάτων στη σύνθεση του στόλου. Τα υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα έχουν ήδη εισαχθεί στην ελληνική αγορά, αλλά το μερίδιο τους είναι ακόμη πολύ χαμηλό. Αντίθετα, τα οχήματα κυψελών καυσίμου χρειάζονται ακόμη βελτιώσεις πριν την εμπορευματοποίηση τους. Για τους λόγους αυτούς, δύο εναλλακτικά σενάρια σχεδιάζονται. Το πρώτο, περιλαμβάνει την αντικατάσταση όλων των επιβατικών αυτοκινήτων που καταχωρήθηκαν κατά τη διάρκεια της περασμένης χρονιάς (2010), με ηλεκτρικά και υβριδικά οχήματα, διαθέσιμα στην ελληνική αγορά. Το δεύτερο εξετάζει τη διείσδυση οχημάτων κυψελών καυσίμου. Για τους σκοπούς της ανάλυσης ένας αριθμός οχημάτων κυψελών καυσίμου σχεδιάζεται, με σκοπούς να ικανοποιούν κοινά κριτήρια επιδόσεων παρόμοια με τα συμβατικά αυτοκίνητα που κυκλοφορούν. Για τους σκοπούς της ανάλυσης χρησιμοποιείται παραμετρικό μοντέλο υπολογισμού ενεργειακής κατανάλωσης. Το μερίδιο των καταχωρημένων διαφόρων τεχνολογιών οχημάτων καθώς και τα ετήσια οχηματοχιλίομετρα, για τη περιοχή μελέτης, βασίζονται σε βιβλιογραφικές πηγές. Δύο διαφορετικοί κύκλοι οδήγησης χρησιμοποιούνται, ο Ευρωπαϊκός Κύκλος Οδήγησης (NEDC), και ο Αθηναϊκός Κύκλος Οδήγησης (ADC), και τα αποτελέσματα συγκρίνονται. Η διαστασιολόγηση των μερών των οχημάτων κυψελών καυσίμου επιτυγχάνεται μέσω σχεδιαστικού μοντέλου, βάσει δεδομένων κριτηρίων επιδόσεων. Τα δύο σενάρια αξιολογούνται βάσει της εξοικονόμησης ενέργειας και εκπομπών που επιτυγχάνουν. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η μείωση των εκπομπών CO2 μπορεί να φτάσει από 5,5% – 9% εάν τα μέτρα εφαρμοστούν σε πενταετή ορίζοντα.
The transport sector in Greece has the largest share of final energy consumption and thus is an enormous scope for energy saving studies. The resulting emissions are also a major source of air pollution. The situation is aggravated significantly in Attica, where almost half of the total country cars circulate in an area equal to 3% of the total country area. Additionally, the fleet of passenger cars consists almost entirely of internal combustion vehicles, fueled with gasoline or diesel. The low efficiency of these vehicles and the need to limit the use of oil derivatives, require the development and implementation of new vehicle technologies and alternative fuels. This paper examines the energy savings and CO2 emissions reduction by introducing new, environmentally friendly passenger cars in the Greater Athens Area. Three vehicle technologies are examined: (a) hybrid vehicles, (b) electric vehicles and (c) fuel cell vehicles. The reduction of gasoline consumption depends, to a large extent, on the penetration of new vehicle technologies in the composition of the fleet. Hybrid and electric vehicles have been introduced in Greek market but their share is still very low. In contrast, fuel cell vehicles still need improvements before launching them in the market. For these reasons, two alternative scenarios are plotted. The first includes the replacement of all passenger cars registered during the past year (2010), with electric and hybrid vehicles, available in Greek market. The second examines the penetration of fuel cell vehicles. For the purposes of the analysis, a number of fuel cell vehicles is designed in order to meet common performance criteria similar to conventional cars in circulation. For the purposes of the analysis a parametric model is used for estimating energy consumption of different vehicle technologies. The share of registered vehicles of different technologies and the annual vehicle-kilometers for the study area are based on literature data sources. Two different driving cycles are used in the analysis, the European Driving Cycle (NEDC), the Athens Driving Cycle (ADC), and the results are compared. The component sizing of fuel cell vehicles is achieved through a design model, based on data performance criteria. The two scenarios are evaluated on the basis of energy savings and emissions reduction. According to the results a 5.5% – 9% CO2 emissions reduction could be achieved if the measures were to be implemented in a five year horizon.
Ανασκόπηση τεχνολογιών υβριδικών οχημάτων με ηλεκτροκινητήρα και εμβολοφόρο Μ.Ε.Κ.
Βαμβαράπης, Παναγιώτης Σ.; Vamvarapis, Panagiotis S.
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας
Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση της συμπεριφοράς ενός υβριδικού ηλεκτρικού οχήματος (Hybrid Electric Vehicle), οχήματος δηλαδή που κάνει χρήση ηλεκτροκινητήρα σε συνδυασμό με έναν εμβολοφόρο κινητήρα (Μ.Ε.Κ.) και η περιγραφή αυτής της υβριδικής τεχνολογίας. Αρχικά επισημαίνεται η ρύπανση που προκαλείται από τη χρήση των αυτοκινήτων, παρουσιάζονται τα νέα πρότυπα εκπομπών ρύπων που έχουν υιοθετηθεί από την Ε.Ε. και δίνεται έμφαση στους «Κύκλους Πόλης» (transient cycles) που αποτελούν μεθόδους προσομοίωσης της καθημερινής μεταβατικής λειτουργίας των οχημάτων. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή των βασικών στοιχείων του συστήματος μετάδοσης ισχύος ενός συμβατικού οχήματος για να ακολουθήσει η περιγραφή του υβριδικού συστήματος μετάδοσης ισχύος. Παρουσιάζονται επίσης και κάποιες άλλες υβριδικές εκδοχές, όπως τα υβριδικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου, τα υδραυλικά υβριδικά οχήματα και τα πνευματικά υβριδικά οχήματα. Γίνεται, επιπλέον, ανάλυση των επιμέρους στοιχείων του υβριδικού συστήματος μετάδοσης ισχύος, ενώ παρουσιάζονται και τα plug-in HEVs, υβριδικά οχήματα, δηλαδή, που επαναφορτίζονται συνδέοντας τα με πρίζα σε πηγή ηλεκτρικού ρεύματος και που αποτελούν το μέλλον της υβριδικής τεχνολογίας. Τέλος γίνεται η παρουσίαση κάποιων σύγχρονων εμπορικών υβριδικών οχημάτων και η περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών τους.
This thesis is a review of hybrid electric vehicles technologies. It mainly concerns HEVs coupled with reciprocating engine of internal combustion, while it refers to the plug-in electric vehicles as well. There is a presentation of ” Transient Cycles” and of some commercial HEVs.