Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………….. [610306]

4
CUPRINS
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 6
Capitolul 1. Analiza generală a ansamblului ce va fi proiectat. Analiza modelelor similare de
autovehicule ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 7
1.1.Stadiul actual de dezvoltare al bateriilor de acumulatoare ………………………….. ……………………… 7
1.2.Alegerea si analiza modelelor similare alese. ………………………….. ………………………….. …………… 7
Principalii parametri ai acestora ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 7
1.3 Realizarea proiectului de organizare generală ………………………….. ………………………….. ………… 10
1.3.1 Organizarea generală a autovehiculului ………………………….. ………………………….. …………… 10
1.3.2 Stabilirea dimensiunilor modelului de autovehicul ele ctric ce va fi proiectat …………………. 10
1.3.3 Definirea alegerii parametrilor dimensionali si masici ………………………….. …………………….. 15
1.3.4. Definirea parametrilor energetici ………………………….. ………………………….. ………………….. 17
1.3.5. Organizarea Postului de conducere ………………………….. ………………………….. ……………….. 19
1.3.6 Determinarea poziției centrului de masă al autovehiculului ………………………….. ……………. 21
1.3.7. Determinarea încărcării pe punți ………………………….. ………………………….. …………………… 25
1.3.8 Alegerea pneurilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 26
Capitolul 2. Sistemele de baterii de acumulatoare pentru autovehicule electrice. ………………………. 27
Studiul tehnic al soluțiilor posibile. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 27
2.1 Principalii parametri ai baterii lor de acumulatoare folosite la autovehiculele electrice …………… 28
2.2 Analiza soluțiilor constructive posibile pentru sistemele de bater ii de acumulatoare …………….. 29
2.3. Arhitectura functională a unui sistem de propulsie electric ………………………….. ………………….. 34
2.4 Arhitectura unui sistem de baterii de acumulatori pentru autovehicule ………………………….. ….. 36
Electrice (10) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 36
Capitolul 3. Calculul rezistentelor la inaintare ale autovehiculul ui (12) ………………………….. …………. 39
3.1 Determinarea coeficientului de rezistenta a aerului ………………………….. ………………………….. … 39
3.2 Determinarea ariei sectiunii transversal a autovehiculului ………………………….. ……………………. 39
3.3. Variația coeficientului de rezistentă la rulare a pneurilor ………………………….. …………………….. 40
3.4. Calculul rezistențelor la înaintare și a puterilor corespunzătoare în funcție de …………………….. 41
viteza autovehiculului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 41
3.4.1. Rezistența la rulare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 42
3.4.2. Rezistența la urcarea unei pante ………………………….. ………………………….. …………………… 42
3.4.3. Rezistența aerului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 43
3.5. Calculul puterilor de învingere ale rezistențelor la înaintare ………………………….. …………………. 43
3.6. Determinarea randamentului transmisiei ………………………….. ………………………….. ……………… 47
3.7. Calculul bateriilor de acumulatoare si alegerea acestora (13) ………………………….. ……………….. 47

5
Capitolul 4. Modelarea termica ca bateriei de acumulatori ………………………….. ……………………….. 51
4.1. Modelarea analitică a pierderilor ………………………….. ………………………….. ………………………… 55
4.2. Pierderile la reacție (14) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 56
4.3. Pierderile la polarizare (14) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 57
4.4. Pierderile rezistive (14) ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 57
4.5. Bilanțul termic (14) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 58
Capitolul 5. Modelul virtual de simulare. Investigarea pierderilor de putere prin căldură (15) ………. 59
5.1. Modelarea computerizată ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 59
5.2. Componentele modelului virtual de simulare ………………………….. ………………………….. ………… 59
5.2.1. Conducătorul autovehiculului ………………………….. ………………………….. ………………………. 60
5.2.2. Autovehiculul ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 60
5.2.3. B ateria de acumulatoare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 60
5.2.4. Unitate electronică pentru managementul bateriei ………………………….. ………………………. 61
5.2.5. Unitate electronică de control ………………………….. ………………………….. ………………………. 61
5.2.6. Mașină electrică ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 61
5.2.7. Reductor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 62
5.3. Modelul virtual de simulare a pierderilor de putere prin căldură ………………………….. …………… 62
5.4. Rezultatele s imulării computerizate LMS Amesim (15) ………………………….. ………………………… 63
5.4.1.Funcționarea în condiții normale ………………………….. ………………………….. ……………………. 63
5.4.2. Funcționarea cu o baterie subdimensionata ………………………….. ………………………….. ……. 65
5.4.3. Funcționarea în anotimpul rece ………………………….. ………………………….. …………………….. 66
Capitolul 6. Construcția și fabricarea carcasei bateriei ( 16) ………………………….. ………………………… 69
6.1 Elementele componente și dimensiunile acestora ………………………….. ………………………….. …… 69
6.2 Analiza condițiilor tehnico -funcționale și a tehnologicității piesei și stabilirea tipului de producție
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 71
6.2.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse și a tehnologicității piesei ……………. 71
6.2.2. Alegerea justificată a materialului piesei ………………………….. ………………………….. ………… 71
6.2.3. Calcu lul ritmului și productivității. Stabilirea preliminară a sistemului de producție ………… 71
6.3 Alegerea variantei optime a procedeului de obținere a semifabricatului ………………………….. …. 73
6.3.1 Alegerea metodei pentru obtinerea semifabricatului ………………………….. …………………….. 73
6.3.2. Metode folosite pentru fixarea și orientarea pieselor ………………………….. ……………………. 74
Listă tabele………………………………………………………………………………………………………………………………………75
Lista Figuri……………………………………………………………………………………………………………………………………….76
Refe rințe bibliografice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 78

6

Introducere

Cu toate că reglementările internaționale privind emisiile de gaze nocive devin din
ce în ce mai drastice, iar măsurile alternative, specifice fiecărui producător, îndeplinesc
aceste norme, problema poluării mediului înconjurător ră mâne un aspect de interes
maxim în agenda globală.
Utilizarea vehiculelor electrice si hibrid -electrice devine, astfel, o alternativă viabilă
în domeniul automobilelor. Cu toate acestea, calitătea de a nu polua în timpul
funcționării este compensată de automonia scăzută a acestora. .
O mare parte a constructorilor de automobile electrice și hibrid -electrice apelează la
bateriile ce au la bază Li pentru stocarea energiei electrice.
Bateriile de acumulatoare beneficiază de un risc de explozie ridicat în urma
supraîncălzirii, dar ca soluție pentru acesta hibă s -au introdus sistemele de răcire ale
acestora, sisteme similare celor de control a temperaturii motorului cu combustie
internă.
În continuare, am realizat proiectarea, discretizarea și modelarea termică a
sistemului de s tocare a energiei electrice pentru un automobil electric, având ca obiectiv
principal atingerea unei autonomii suficiente pentru parcurgerea unui drum urban, cât și
extraurban de până la 200 de kilometrii.

Fig.1 Smog fotochimic, Beijing, China

7

Capitolul 1. Analiza generală a a nsamblului ce va fi proiectat. Analiza
modelelor similare de autovehicule

1.1.Stadiul actual de dezvoltar e al bateriilor de acumulatoare

Având în vedere condițiile actuale în care viteză de dezvoltare a autovehiculelor
electrice și hibride se află într -o continuă creștere, bateriilor de acumulatoare necesită
deasemenea tehnologii și sisteme i novative pentru a îndeplinii cereri din ce în ce mai
stricte.
Autovehiculele electrice au nevoie de baterii de acumulatoare care, prin
furnizarea de energie electrică pe o perioada cât mai îndelungată, trebuie să întrunească
mai multe esențiale, precum stabilitatea în timp și capacitatea de a asigura o autonomie
cât mai ridicată.
Sursă de încărcare a ac estor baterii poate fi atât externă cât și internă. Însă, cum
orice transfer sau conversie de energie are neajunsurile lui, și aici se întâmpină această
piedică.
Atât pierderile care apar în transferul de energie electrică de la sursă la baterii și
de la b aterii către consumator cât și starea în care se află toate sistemele și subsistemele
adiacente, influențează felul în care va funcționa întreg ansamblul autovehiculului.
Caracteristici precum randament, energie specifică, capacitate electrică și durata
de viață reprezintă faptori de interes sporit în dezvoltarea surselor reîncărcabile de
curent electric.
Totodată, nu trebuie neglijate nici schimbările ce apar într -o baterie de -a lungul
vieții acesteia, atât în timpul orelor de funcționare, cât și în timpu l în care această este
depozita tă sau nu cedează/primește energie electric ă. Aceste schimbări sunt totuși
inevitabile și nu au putut fi eliminate până în acest moment, dar nivelul de interes ce
este acordat acestor probleme este proporțional cu tehnologia și inovația la care s -a
ajuns până în acest moment.
Din considerente economice și de siguranță, se optează inițial la simularea
inovațiilor aduse în acest segment, iar condițiile virtuale oferite în ziua de azi pot
reproduce aproape în totalitate și exact itate pe cele reale.

1.2.A legerea si a naliza modelelor similar e alese .
Principalii parametri ai acestora

8

Parametri ce caracterizeaza modelele similare alese au fost centralizati in tabele,
precum cele ce urmeaza. Acesti parametri se împart în: parametrii dimensionali, masici,
constructiv i, energetici ș i electrici ce definesc performan țele.
Tabel 1.1. Parametr i constructiv i ai modelelor similare alese
Nr.
Crt. Autovehicul Amplasare
Baterii Amplasare
Motor Num ăr
Locuri Formula
Roților Alte partic ularităț i
1 BMW i3
2016 Platforma
modulara sub
scaune Consola spate 4 4×2 Autovehicul electri c
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
2 Chevrolet
Bolt Platforma
modulara sub
scaune Consola Față 4 4×2 Autov ehicul electric
destinat deplasărilor
urbane și extraurbane
3 Nissan Leaf Platforma
modulara sub
scaune Consola Față 4 4×2 Autovehicul electri c
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
4 Volkswagen
e-Golf Consola Spate Consola Față 5 4×2 Autovehi cul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
5 Ford Focus
Electric Consola Spate Consola Față 5 4×2 Autovehicul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
6 Hyundai
Ioniq Consola Spate Consola Față 5 4×2 Autovehicul electric
destina t deplasărilor
urbane ș i extraurbane
7 Mitsubishi i –
MiEV Platforma
modulara sub
scaune Consola Spate 4 4×2 Autovehicul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
8 Mercedes B –
Class
Electric Platforma
modulara sub
scaune Consola Față 5 4×2 Autov ehicul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
9 Honda Fit –
EV Platforma
modulara sub
scaune Consola Față 4 4×2 Autov ehicul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane
10 Kia Soul EV Platforma
modulara sub
scaune Consola Față 4 4×2 Autov ehicul electric
destinat deplasărilor
urbane ș i extraurbane

Nr.Crt
Autovehicul Dimensiuni Garda
la sol
[mm] Ampatament
[mm] Consola
Față/Spate
[mm] Ecartament

9

Tabel 1.2. Parametri dimensionali ai modelelor similar e alese

Tabel 1.3. Parametri masici ai modelelor similar e alese
N r.
Crt. Autovehicul Masă proprie[kg] Sarcină maximă [kg] Masă totala
[kg]
1 BMW i3 2016 1195 425 1620
2 Chevrolet Bolt 1624 1624
3 Nissan Leaf 1493 395 1888
4 Volkswage e -Golf 1538 422 1960
5 Ford Focus Electric 1651 385 2036
6 Hyundai Ionic 1370 435 1805
7 Mitsubishi i -MiEV 1169 340 1509
8 Mercedes B-Class
Electric 1779 385 2164
9 Honda Fit -EV 1475 390 1865
10 Kia Soul EV 1492 448 1940

Tabel 1.4. Parametr i energetici ai modelelor similar e alese Lungime
[mm] Lățime
[mm] Înălțime
[mm]
Față
[mm] Spate
[mm]
1 BMW i3 2016 3998 1775 1577 140 2570 707/722 1572 1577
2 Chevrolet Bolt 4166 1765 1594 152 2600 836/730 1501 1501
3 Nissan Leaf 4445 1770 1550 160 2700 960/785 1534 1539
4 Volkswage e –
Golf 4264 1799 1442 142 2631 869/768 1538 1517
5 Ford Focus
Electric 4359 2060 1466 140 2649 898/992 1554 1534
6 Hyundai Ionic 4470 1821.8 1450 190 2700 880/890 1549 1562
7 Mitsubishi i –
MiEV 3675 1585 1615 154 2550 710/415 1420 1379
8 Mercedes B –
Class Electric 4356.1 1587.5 1811.02 190 2697.48 914/780 1534 1541
9 Honda Fit -EV 4114 1719 1580 161 2500 – 1486 1463
10 Kia Soul EV 4140 1800 1593 149 2570 – 1576 1585

10
Nr.
Crt. Autoturism Tip
Motor
Electric Putere
maximă
[kW] Cuplu
maxim
[Nm] Tip
Baterie Autonomie
asigurată
[km] Energia
bateriei
[kWh] Tensiune
baterie
[V]
1 BMW i3 2016 CC 125 250 Li-Ion 160 19 240
2 Chevrolet Bolt CA 149 360 Li-Ion 383 60 240
3 Nissan Leaf CC 80 280 Li-Ion 170 30 240
4 Volkswage e –
Golf CA 85 270 Li-Ion 130 24 240
5 Ford Focus
Electric CC 107 245 Li-Ion 122 23 240
6 Hyundai Ioniq CA 88 295 Li-Po 200 28 360
7 Mitsubishi i –
MiEV CC 47 180 Li-Ion 100 16 240
8 Mercedes B –
Class Electric CC 130 250 Li-Ion 140 28 360
9 Honda Fit -EV 100 256 Li-Ion 132 20 331
10 Kia Soul EV 82 285 Li-Po 150 27 360

1.3 Realizarea proiectului de organizare general ă

1.3.1 Organizarea generală a autovehiculului

În funcție de organizarea generală , un autovehicul își consolidează calitățile
necesare segmentului pentru care a fost proiectat. Amplasarea sistemelor, subsistemelor,
echipamentelor și mecanismelor vor genera o anumită poziție a centrului de greutate și,
implicit, o anumită conduită de drum, dar și un anumit spatiu în interior.
În urma analizei soluțiilor găsite în const rucția modelelor similar, am ales pentru
studiu cazul bateriilor amplasate pe podea, sub formă de platformă modular ă,
poziționarea motorului electric făcându -se în consola față.

1.3.2 Stabilirea dimensiunilor modelului de autovehicul electric ce va fi p roiectat

Stabilirea intervalelor și a domeniilor în care se vor regă si mărimile specific e pentru
autovehicului electric ce urmeaz ă a fi proiectat ș i simulat se va realiza prin analiza
histogramelor.
În realizarea histogramelor, pasul intervalelor de observare se va calcula cu
următoarea relaț ie matematică :

∆𝑡=𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚𝑖𝑛
1+3,322log⁡(𝑛) [-] (1.1)
Unde:

11
𝑡𝑚𝑎𝑥 → valoarea maximă a mă rimii
𝑡𝑚𝑖𝑛 → valoarea minimă a mă rimii
n → numărul de modele simil are
Numă rul de intervale de observare se calculeaza cu ajutorul relației matematice de
calcul :

𝐾=𝑡𝑚𝑎𝑥−𝑡𝑚𝑖𝑛
∆𝑡 [-] (1.2)

Pasul intervalului de observare și numărul acestora pentru fiecare mă rime ce va fi
analizată sunt centralizate î n tabelul 1.5.

Tabel 1.5 Pasul intervalelor și numărul acestora pentru fiecare mărime analizată
Mărime
măsurată tmin tmax Δt Δtales K Kales
Lungime 3675 4470 159 184 4.32 5
Lățime 1585 2060 95 71 6.69 5
Înălțime 1442 1811 73.8 55 6.7 5
Ampatament 2550 2700 30 40 3 5
Putere
maximă 47 149 20.4 21 4.85 5
Cuplu
maxim 180 360 36 36 5 5
Autonomie 100 380 56 30 9.33 5
Gardă la sol 140 190 10 10 5 5
Viteză
maximă 130 160 6 6 5 5
Ecartament
față 1420 1576 31.2 32 4.87 5
Ecartament
spate 1379 1585 41.2 42 4.9 5
Masă
proprie 1169 1779 122 122 5 5
Sarcină utilă 340 448 21.6 22 4.9 5

Legenda: Δt – pasul intervalului de observare; Δtales – pasul interval ului de
observare ales; K – numă rul de subintervale de observare; K ales – numă rul de
subintervale de observare ales.

În continuare, se prezintă și se studiază histogramele pentru mă rimile analizate.

12

Figura 1.1. Distribuț ia lungimii modelelor similare alese

Întrucâ t plaja lungimilor modelelor similar e analizate este una destul de î ntins ă, au
fost impuse tr ei subintervale interioare cu mărimea de 184 [mm], î n timp ce capelete
inferior, respectiv superior, sunt caracterizate de semiintervalele ≤3900 [mm], respectiv
>4452 [mm].

Figura 1.2. Distribuția lăț imii modelelor similare alese

Distribuția lăț imii la modelele similare alese a fost efectuată prin patru subintervale
cu pasul de 71 [mm] și un interval î nchis inferior la 1869 [mm].

13
Figura 1.3. Distribuția înălț imii modelelor similare alese

Distribuția înălț imii modelelor similare alese foloseș te, dease menea, patru
subintervale cu m ărimea de 55 [mm], iar la căpatul superior, un in terval mă rginit
inferior la 1662 [mm].

Figura 1.4. Distribuț ia ampatamentului modelelor similare alese

Intervalul ampatamentelor mo delelor similare studiate este î mpărtit în cinci
subintervale egale, avâ nd pasul de 40 [mm].

14

Figura 1.5. Distribuț ia ecartamentelor față ale modelelor similare alese

Figura 1.6. Distribuț ia ecartamentelor spate ale modelelor similare alese

Distribuțiile ecartamentelor față, respecti v spate, au fost făcute î n câte cinci
subintervale egale, de dimensiune 32[mm], respectiv 42[mm].
Se observă faptul c ă la modelele alese, ecartamentele tin d să apartina intervalelor
superioare.

15

Figura 1.7. Distribuția gă rzii la sol a modelelor similare alese

Distribuția gărzii la sol se face în cinci intervale egale, avâ nd pasul de 10 [mm].
Contrar ecartamentelor, aici se observă o tendința de a micș ora garda la sol.

1.3.3 Definirea aleger ii parametrilor dimensionali si masici

Parametr i dimensiona li ale și au fost centralizaț i în Tabelul 1.6 și corespund aproape
în totalitate cu cei ai automobilu lui Hyundai Ioniq -EV, deoarece î ntruneste necesarul de
confort mă rit si spatiu îngăduitor pentru cinci persoane ș i bagaje.

Tabel 1.6.Centralizare a parametrilor dimensionali aleș i
Nr.
Crt. Parametru dimensional Valoare aleas ă [mm]
1 Lungime 4470
2 Lățime 2160
3 Înălțime 1450
4 Gardă la sol 175
5 Ampatament 2700
6 Ecartament față 1890
7 Ecartament spate 1900
8 Consola față 880
9 consola spate 890

În urma analizei histogramelor ce prezint ă parametri masici ai modelelor
similare, s -au definitivat paramet ri masici ale și și au fost centralizați în Tabelul 1.3 .

16

Figura 1.8. Distribuț ia mase lor proprii a le modelelor similare alese

Figura 1.9. Distribuț ia sarcinii utile a modelelor similare alese

Se alege valoarea de 1300 [kg] a masei p roprii și se determina sarcina utilă î n
conformitate cu STAS6926/1 -90, astfel:
 mc – masa conducă torului autovehiculului 75[kg];
 mp – masa pasagerului 68 [kg];
 mb – masa bagajului pasagerului 7 [kg].
Se alege m bs – masa bagajului suplimentar 45 [kg]

17
Cuno scând aceș ti parametri, se calculeaz ă masa utilă cu ajutorul relației matematice de
calcul (1.3)

mu = m c + 4*(m p + m b) + m bs = 420 [kg] (1.3)

Masa totala a autovehiculului se calculează cu ajutorul relației matematice de calcul
(1.4)

mt = m u + m pr = 1300 + 420 = 1720 [kg] (1.4)

Unde:
 mt = masa tot ală a autovehiculului
 mu = masa utilă a autovehiculului
 mpr = masa proprie a autovehiculului

1.3.4. Definirea parametrilor energetici

Figura 1.10. Distribuț ia autonomiei modelelor similare alese

Autonomia autovehiculelor electrice este un subiect ce trezeș te foarte mare interes în
condiț iile actuale, iar dup ă cum se poate vedea pe histograma distri buției autonomiei
modelelor similare alese, în care pasul subintervalelor este de 30 [km].
Se alege o autonomie minimă de 180 km.

18

Figura 1.11. Distr ibuția puteri maxime a modelelor similare alese

Aceasta distribu ție a fost realizat ă prin împărțirea puterilor în cinci intervale egale,
având pasul de 21 [kW].

Figura 1.12. Distribu ția vitezei maxime a modelelor similare alese

Distribuț ia vitezelor maxime a modelelor similar e alese este î mpărțită în cinci
intervale egal e, cu pasul de 6 [km/h]. Folosind această analiză , se alege pentru
autohevicului de proiectat o vitez ă maximă de 150 km/h

19

Figura 1.13. Distribuț ia cuplului maxim al modelelor similare alese

Distribuț ia cuplurilor maxime ale modelelor similar e alese este formată din 5
intervale egale, avâ nd pasul de 36 [Nm].

1.3.5. Organizarea Postului de conducere

Condiții le de vizibilitate și confort sporit sunt doar câ teva necesit ăți pe care postul
de conducere al unui autovehicul ar trebui s ă le îndeplinească .
Cerintele de confort repre zintă, de fapt, poziția conducă torului autovehiculului
raportată la elementele de comand ă ale automobilului, la care accesul trebuie s ă se faca
cu uș urință.
Proiectarea postului de conducere se realizeaz ă astfel încat acesta s ă îndeplineasc ă
condi țiile de vizibilitate și libertate necesară , precum și cele impuse de forme și
dimensiuni ce sunt în strâ nsă legatur ă cu par țile fiziologice ale omului
Conform normelor SR ISO 3958:2000 ce reglementeaz ă accesul conducatorului auto
la comenzile manuale, organiza rea po stului de conducere se va face î n func ție de trei
grupe de manechine bidimensionale, simbolizate prin 10%, 50%, 90%.
Acestea difer ă în funcț ie de lungimea gambelor (cota A) , lungimea coapselor (cota
B), ș i lungimea trunchiului (cota C)
Valorile acestor dimensiuni sunt centralizate în urmă torul tabel.

Tabel 1.7 Dimensiuni standard manechin
Dimensiuni
manechine 10% 50% 90%
A [mm] 350 417 444
B [mm] 408 432 456
C [mm] 563 563 563

20

Figura 1.14 Modelul manechinului articulat

Elementele manechinului sunt articulate și prevăzute cu scală pentru a putea
măsura unghiurile dintre liniile de referință ale segmentelor corpului. La amplasarea
manechinului pe scaun, pentru diferite poziții, se pot măsura aceste unghiuri care trebuie
să aibă anumite valori convenabile.
Poziția conducătorului în automobile este definită, în primul rând, prin poziția
punctului H, ca fiind urma, pe planul longitudinal al automobilului, a axei teoretice de
rotație a coapselor față de trunchiul omului reprez entat prin manechinul tridimensional
sau bidim ensional. Punctul R corespunde poziției teoretice a punctului H pentru poziția
de conducere sau de utilizare cea mai de jos și cea mai retrasă a oricărui scaun,
prevăzută de către constructorul autovehiculului (corespunde cu manechinul de 90%).
(1)
Tabel 1.8 Unghiurile ce determină nivelele de confort
Unghiul [°] Nivelul de confort
Satisfăcă tor Mulț umitor Bun
α 80…100 84…96 85…92
β 99…131 107…123 111…119
γ 89…101 91…99 93…97
δ 42…52 44…50 46…48
ε 8…124 92…116 100…108

21

Figura 1.15 Unghiurile nivelelor de confort

Pentru condiț iile de fa ță, se vor alege pozi ția postului de conducere unghiurile ce vor
oferi un nivel de confort mul țumitor, av ând în vedere faptul că nu toate cursele efectuate
cu autovehiculul de proiectat vor fi scurte, din punctul de vedere al distan ței parcurse.

1.3.6 Determinarea pozi ției centrului de mas ă al autovehiculului

Tabel 1.9 Centralizarea maselor componentelor carose riei
Nr.
Crt. Componenta Masa
[kg] Procent [%]
1 Portiera față
x2 53 16.06
2 Portiera
spate x2 49 14.86
3 Plafon 16 4.84
4 Aripa față x2 34 10.30
5 Aripa spate
x2 25 7.58
6 Capota 10 3.03
7 Haion
portbagaj 12 3.64
8 Far față x2 4 1.21
9 Far spate x2 3 0.91
10 Lunet ă 14 4.24
11 Parbriz 18 5.46
12 Stâlp față x2 8 2.42
13 Stâlp spate
x2 12 3.64
14 Bară față 40 12.12
15 Bară spate 32 9.68
Total 330 100%
Punte fa ță 178 53.94
Punte spate 152 46.06

22

Tabel 1.10 Centralizarea centrelor de masă ale fiecă rui subansamblu al caroseriei
Nr.
Crt Ansamblul Masa
[kg] X [mm] Z [mm] M*X [kg*mm] M*Z [kg*mm]
1 Parbriz 18 582.9685 1218.744 10493.433 21937.392
2 Capotă 10 -203.1514 935.09 -2031.514 9350.9
3 Far față x2 4 -531.154 794.5388 -2124.616 3178.1552
4 Bara față 40 -645.177 505.4401 -25807.08 20217.604
5 Aripa față x2 32 87.7124 695.5934 2806.7968 22258.9888
6 Stâlp față x2 10 572.4484 1135.808 5724.484 11358.076
7 Portiera față
x2 53 1058.4223 811.0263 56096.3819 42984.3939
8 Portiera
spate x2 49 2034.9804 887.3311 99714.0396 43479.2239
9 Aripa spate
x2 25 2683.4673 560.9886 67086.6825 14024.715
10 Far spate x2 3 3270.4694 1050.321 9811.4082 3150.9621
11 Haion
portbagaj 12 3427.7122 1031.427 41132.5464 12377.118
12 Lunetă 14 2833.5818 1320.191 39670.1452 18482.674
13 Bara spate 32 3298.4667 615.739 105550.9344 19703.648
14 Plafon 16 1789.6654 1425.571 28634.6464 22809.136
15 Stâlp spate
x2 14 2796.3544 1015.352 39148.9616 14214.9308
Total 340 507035.5627 294240.5184

Cu ajutorul relațiilor matematice de calcul (1.5) si (1.6) se vor determina coordonatele
centrului de masa al e caroseriei autovehiculului:

Xg=∑x∙M
𝑀=⁡507035,5627
340=1491.281⁡[𝑚𝑚]⁡(1.5)

Zg=∑z∙M
𝑀=⁡294240,5184
340=865.413⁡[𝑚𝑚]⁡(1.6)

23
Tabel 1.11 Centralizarea maselor ansamblelor autovehicului
Nr.
Crt. Subansamblu Masa
[kg] Procent
[%]
1 Motor electric 100 7.69
2 Baterie 420 32.31
3 Sistem de directie 20 1.54
4 Suspensie+punte
față 140 10.77
5 Suspensie+punte
spate 120 9.23
6 Roata față x2 30 2.31
7 Instalație
electrică bord 20 1.54
8 Transmisie 65 5.00
9 Roata spate x2 30 2.31
10 Roata de rezerva 15 1.15
11 Caroserie 340 26.15
Total 1300 100

Figura 1.14 Schema de organizare general ă a autovehiculului

24
Tabel 1.12 Centralizarea centrelor de mas ă ale fiecarui subsistem al autovehiculului
Nr. Crt. Subansamblu Masa
[kg] X [mm] Z [mm] X*m
[kg*mm] Z*m
[kg*mm]
1 Reductor 40 -280.84 492.974 -11233.48 19718.96
2 Frana față 10 -150.84 317.974 -1508.37 3179.74
3 Sisteme au xiliare 15 -240.84 892.974 -3612.555 13394.61
4 Motor electric 100 -5.837 642.974 -583.7 64297.4
5 Punte fa ță 85 0 342.051 0 29074.335
6 Sistem de direc ție 20 289.162 377.974 5783.24 7559.48
7 Elemente interior 100 1436.26 813.897 143626 81389.7
8 Caroserie 340 1491.28 865.413 507035.54 294240.42
9 Baterie 420 1262.91 302.974 530420.52 127249.08
10 Unitatea electronică de
control 15 2204.16 432.974 33062.43 6494.61
11 Punte spate 70 2700 342.051 189000 23943.57
12 Frana spate 10 2859.16 317.974 28591.62 3179.74
13 Roata de rezerva 15 3019.16 702.974 45287.43 10544.61
14 Roata față x2 30 0 342.051 0 10261.53
15 Roata spate x2 30 2700 342.051 81000 10261.53
Descarcat Total 1300 – – 1575710.375 708207.775
16 Pasager fa ță 68 1258.8 666.238 85598.468 45304.184
17 Șofer 75 1258.8 666.238 94410.075 49967.85
18 Pasager spate 1 68 2206.09 666.238 150014.052 45304.184
19 Pasager spate 2 68 2206.09 666.238 150014.052 45304.184
20 Încărcătură 21 2866.33 1079.15 60192.993 22662.234
Incarcat Total 1600 – – 2115940.015 916750.411
Cu ajutorul relațiilor matematice de calcul (1.5) si (1.6) se vor determina
coordonatele centrul ui de masa al e autovehiculului, î ncărcat respectiv desc ărcăt.

Descărca t:
Xg=∑x∙M
𝑀=⁡1575710 .375
1300=1213.469⁡[𝑚𝑚]⁡(1.5)

Zg=∑z∙M
𝑀=⁡708207.775
1300=544.775⁡[𝑚𝑚]⁡(1.6)

Încărcat:
Xg=∑x∙M
𝑀=⁡2115940 .015
1600=1322.462⁡[𝑚𝑚]⁡(1.5)

Zg=∑z∙M
𝑀=⁡916750.411
1700=572.969⁡[𝑚𝑚]⁡(1.6)

25

1.3.7. Determinarea încărcării pe pun ți

După calculul masei ș i al centrului de mas ă al autovehiculului, se determină
încărcarea pe fiecare punte î n parte, folosindu -se relațiile matematice de calcul (1.7) și
(1.8):
𝑀1=𝑏
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔⁡[𝑁]⁡⁡(1.7)
𝑀2=𝑎
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔⁡[𝑁]⁡⁡(1.8)

Unde:
 M1 si M2 reprezint ă încărcările pe puntea fa ță respectiv pe puntea spate î n [N]
 a si b reprezintă dinstan țele dintre axa punții din față și poziț ia centrului de mas ă,
respectiv axa punții din spate și poziția centrului de greutate [mm]
 L este ampatamentul [mm]
 Ma este masa autov ehiculului [kg]
 g este accelerația gravitațională (=9.81 [m/s2])

Pentru autovehiculul desc ărcat:
𝑀1=𝑏
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔=1499.313
2700⁡1300∙9.81=7081.755⁡[𝑁]
𝑀2=𝑎
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔=1228.718
2700⁡1300∙9.81=5803.644⁡[𝑁]
Pentru autovehiculul încă rcat:
𝑀1=𝑏
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔=1395.786
2700⁡1600∙9.81=8114.169⁡[𝑁]
𝑀2=𝑎
𝐿⁡𝑀𝑎∙𝑔=1340.901
2700⁡1600∙9.81=7795.104⁡[𝑁]

Pentru a calcula î ncărcarea procentual ă pe pun ți, se folos ește relația matematică
(1.9).
𝑀𝑖%=𝑀𝑖
𝑀𝑎∙100⁡[%]⁡⁡(1.9)
Unde:
 Mi% este încă rcarea procentuală pe puntea față/spate [%]
 Mi este î ncărcarea pe puntea față /spate [N]
 Ma este greutatea autovehiculului [N]

26
Pentru autovehiculul descă rcat:
𝑀1%=𝑀1
𝑀𝑎∙100=7081.755
12753∙100=57.53%
𝑀2%=𝑀2
𝑀𝑎∙100=5803.644
12753∙100=42.47%

Pentru autovehiculul încărcat:
𝑀1%=𝑀1
𝑀𝑎∙100=8114.169⁡
15696∙100=51.69%
𝑀2%=𝑀2
𝑀𝑎∙100=7795.104
15696∙100=48.31%

1.3.8 Alegerea pneurilor

Pentru a efectua o alegere corectă a pneurilor ce echip ează autovehiculul, sunt
necesare indicele de sarcină pe fiecare roat ă. Acesta informeaz ă cu privir e la sarcina
maximă (în kilograme) pe care o anvelopă o poate suporta la viteza maximă indicată de
indicele de vitez ă.
Sarcina pe fiecare roată se calculeaz ă cu relaț ia (1.10).
𝑍𝑝=𝑀𝑖
2⁡[𝑘𝑔]⁡⁡(1.10)
Unde:
 Zp este sarcina pe fiecare roată a punții
 Mi este sarcina pe punte

Datorită faptului că puntea față este supus ă unei încărcări superioare pun ții spate,
acesteia i determină indicele de sarcină necesar.
𝑍𝑝=𝑀𝑖
2=8114.169
2∙9.81=413.56[𝑘𝑔]
În urma calculului, indicele de sarcină al anvelopelor ce vor echipa autovehiculul
trebuie să fie 78 (maxim 425 kg). Cu toate acestea, pentru siguran ță, este indicat s ă se
aleag ă pneuri cu indicele de sarcin ă mai mare.
Astfel, pentru echiparea autovehiculului de proiectat, s -au ales anvelopele Michelin
Energy Saver A/S 195/65R15 78 T .

27
Capitolul 2. Sistemele de baterii de acumulatoare pentru autovehicule
electrice.
Studiul tehnic al soluț iilor posibile.

Sistemele de stocare a energiei sunt sisteme complexe care gestionează energia în
timpul procesului de încărcare, și, în funcție de nevoi, o distribuie către consumatori în
timpul procesului de descărcare.

Sistemele de stocare a energiei ce echipează autovehicule le includ :
 Sisteme de stocare a energiei cinetice, (“ KERS” -Kinetic Energy Recovery System,
“FEES” -Flywheel Energy Storage System), stochează o parte din energia pierdută în
energie cinetică, realizând mai apoi conversia ei bidirecțional, în funcție de prosul de
încărcare sau descărcare, în energie elctrica
 Acumulatoarele hidropneumatice, realizează stocarea energiei sub formă de energie
hidropneumatică, că mai apoi să transmită aceasca energie mai departe către motorul cu
ardere internă.
 Sistemele de stocare a energiei electrice, care au l a baza reacții chimice ce fac posibilă
apariția energiei electrice.

Orice sistem de stocare a energiei, pentru a putea fi folosit eficient, trebuie să
întrunească o serie de cerințe legate de parametrii săi, precum randament ridicat, energie
specifică și putere specifică mare, siguranță în exploatare, mentenabilitate ridicată și
costuri de mentenanță cât mai mici.
În cazul autovehiculelor electrice, punctul de cel mai mare interes îl reprezintă
autonomia, performant ace este dată direct proporțional de că tre energia specifică a
bateriei de acumulatoare.
Bateria în sine este formată din mai multe grupuri de cellule conectate între ele
în serie respective paralel. Celulă este unitatea de sine stătătoare ce realizează
producerea energiei electrice.
Bateria este formată din trei părți componente: un electrod negativ, reprezantat
de catod, un electrod pozitiv, reprezentat de anod și electrolitul, lichid sau solid, ce face
posibilă interacțiunea electrozilor .
În funcție de rolul pe care îl au în componentă autov ehiculelor , bateriile pot fi
de două feluri:
-bateriile de funcții, ce asigura pornirea/funcționarea instalației de iluminat/etc.
-bateriile de tracțiune.

Bateriile de tracțiune trebuie să prezinte o capacitate electrică superioară
bateriilor de funcții. De asemenea necesită să aibă rapoarte putere/masă și energie/masă
cât mai mari dar să aibă și dimensiuni cât mai scăzute pentru a îndeplini cerințe legate
spațiu și arhitectură.
În general, autovehiculele electrice utilizează că baterii de tracțiu ne, baterii acid
cu plumb, NiCd, Li -Ion, Li -Ion polimer, Ni -Metal hidrid și, mai nou, Zn -aer.

28

2.1 Principalii parametri ai bateriilor de acumulatoare folosite la autovehiculele
electrice

Energia specifică este o mărime foarte importantă în cazul bateriilor folosite că
echipament al autovehiculelor electrice și este influențată direct de către tensiunea la
borne. Energia specifică a unei baterii este reprezantata, de fapt, de către raportul dintre
capacitatea de energie livrabilă și masă să.
Este o caracteristică foarte importantă în acest domeniu, deoarece ea este direct
proporțională cu autonomia ce poate fi oferită de baterie. Segmentul autovehiculelor
electrice ce au o autonomie de peste 500 de km este unul restrâns și considerat de
lux (Tesla M odel S cu o energie electrică a bateriei de 85 kWh) . Scăderea energiei
specifice electrice a unei baterii este un fenomen distructiv, ce apare că urmare a
efectului de îmbătrânire în urmă folosirii îndelungate.
Puterea specifică a bateriei folosite pe un a utovehicul electric constă în puterea
pe care o poate suportă bateria pentru o masă totală a să. Puterea maximă a bateriilor
depinde de tensiunea nominală și de rezistență internă a bateriilor.
Randamentul ridicat este o cerință importantă pentru bateriile care echipează
sistemele de propulsive electrice. Randamentul energetic al bateriei este un parametru
foarte important pentru determinarea randamentului global. Randamentul energetic al
bateriei se referă la pierderile care se dezvoltă în interiorul bater iei.
Astfel o categorie de pierderi se referă la pierderile termice, care apar în timpul
ciclurilor de încărcare -descărcare.Temperaturile ridicate pot duce la distrugerea
bateriilor .
Un alt parametru foarte importantal acestora îl reprezintă performanțele de
încărcare a unor cantități mari de energie recuperată în timpul procesului de frânare sau
de coborâre ale pantelor lungi.
Parametri inițiali cei mai des oferiți de către producători sunt capacitatea
electrică și tensiunea la borne.
Capacitatea electric ă diferă în funcție de intensitatea curentului de descărcare.
Astfel, pentru pentru un curent de descărcare superior, capacitatea electrică va fi mai
mică. La temperatura de 25°C, pentru diferite valori descrescătoare ale curentului
absorbit și tensiuni re duse ale bateriei, capacitatea acesteia scade. (2)
Tensiunea nominală a unei celule este de 2 -4 V, iar pentru a asigura o tensiune
optimă, de vor conecta mai multe celule în serie/paralel formând un pachet, iar mai
multe pachete se vor conecta la rândul lor în serie/paralel pentru a alcătui ansamblul
întregii baterii de acumulatoare.Deasemenea, acest pa rametru indică viteză maximă ce o
poate atinge vehiculul electric aflat în speță.

Durata de viață (3)
Bateriile de acumulatoare ale vehiculelor electrice sunt aranjate, în general, în
pachete de baterii de diferite tensiuni și capacități pentru a putea oferi energia necesară
funcționarii.

29
Durata de viață a acestora nu este nelimitată, ci se rezumă la un număr finit de
cicluri de încărcare/descărcare, fiind influențată de mai mulți factori de degradare
activi/ciclici(modul în care sunt încărcate/descărcate bateriile, stilul de condus, etc.) cât
și pasivi(condiții de depo zitare pe termen îndelungat ).
Definiția uzuală pentru sfârșitul duratei de viață a bateriilor unui autovehicul
electric este momentul în care capacitatea să rea lă ajunge la 70 -80% din cea nominală.
Cu toate acestea, testele arată că ele își pot îndeplini funcțiunile pentru a
parcurge distanțe mari chiar și cu o capacitate rămasă de 30% din cea inițială, condiția
fiind de a pu tea încarcă în mai multe locuri .

2.2 Analiza soluț iilor constructive posibile pentru sistemele de baterii de acumulatoare

Bateriile de acumulatoare folosite în domeniul autovehiculelor electrice beneficiază
de mai multe soluții constructive, în funcție de materialele și substanțele folo site în
fabricarea lor.Astfel, în funcție de acestea, există o plajă largă de modele ce oferă
performanțe diferite, datorate proprietăților fizico -chimice ale materialelor din care sunt
fabricate.
În Tabelul au fost prezentate câteva dintre ce le mai folosite modele de baterii de
acumulatoare în domeniul autovehiculelor electrice, centralizandu -se, deasemenea, și
parametrii de referință ai acestora
.

Tabel 2.1. Centralizarea tipurilor de baterii de acumulatoare folosite în domeniul AUTO
Tipul Energia
Specifca Puterea
Specifica Eficienta
Energetica Tensiunea
la borne Nr. de
cicluri
de
viata Rata de
autodescarcare
Bateriei [Wh/kg] [W/kg] [%] [V] [-] [%/luna]
Acid cu
Pb 33-42 180 95 2.1 500-
1000 5-20
Ni-Cd 40-60 150 90 1.2 2000 10
Ni-MH 60-120 250-
1000 92 1.2 2000 1.3-2.9*
Li-ion 100-265 250-340 90 3.6-3.8 1200 8
LiFePO 4 90-110 200 80 3.2 2000 –
3000 7
Li-Po 150-200 350 82 4.2 2000 5
Zn-Aer 200-400 100 60 1.65 500 0.3
* – Stocarea fă cându-se la 20°C (depinde foarte mult de temperatura)
Pb- Plumb; Ni – Nichel; Cd – Cadmiu; MH – Hidrur ă Metalic ă; Li- Litiu; Fe – Fer; PO 4-
Fosfat;
Po- Polimer; Zn – Zinc.

30

Bateriile acid cu plumb

Sunt cele mai ieftine și, în trecut, cele mai comune baterii de tracțiune folosite pe
vehicule precum kart -uri, stivuitoare etc.
Prezintă dezavantaje majore la capitolul mod de încărcare deoarece necesită mai
multe stadii diferite, la parametrii diferiți, iar durata să de viață este puternic influențată
de depășirea gradului de descărcare peste 50%.
Unele modele nec esită verificarea ocazională a nivelului de electrolit, iar în
cazul unui nivel scăzut, din cauza evaporării în urmă reacțiilor chimice, se va completă
cu apă distilată.
Durata de viață estimată a acestor baterii este în jurul a 3 ani, iar după utilizare,
este reciclabilă în proporție de 95%.
Având o energiei specifică de 30 -40Wh/kg, în aplicații, pachetele ajung să
cântărească 25 -50% din masă totală a vehiculului echipat.
Eficiența și capacitatea de stocare a bateriilor acid cu Pb folosite în tracțiune,
scad odată cu scăderea temperaturii sub cea nominală de funcționare, deoarece o parte a
energiei este disipată pentru încălzirea să, în aceste cazuri autonomia scăzând cu până la
40%.

Fig.2.1. Baterie Acid cu Plumb (4)

31
Bateriile Nichel -Hidrur ă Metalică (Ni -MH)

Bateriile Ni -MH sunt mai puți n eficiente comparativ cu bateriile acid cu Pb în
privința încărcării/descărcarii, dar pot dezvoltă o energie specifică superioară, 30 –
80Wh/kg.
În cazul în care sunt folosite coresp unzător în condiții optime de operare, s -a
demonstrat că durata lor de viață poate depăși 10 ani.
Cu toate acestea, bateriile Ni -MH prezintă un caracter de autodescărcare foarte
pronunțat, iar performanțele măsurate la temperaturi scăzute sunt de asemenea modeste.
Prezintă un efect de memorie în cazul în care descărcarile și încărcarile sunt parțiale
și repetate. Acest fenomen este reversibil, realizarea unui ciclu complet de
încărcare/descărcare anulând acest efect.
O celulă complet încărcată oferă în medie o tensiune de 1.25V, în cursul
funcționării scăzând până la 1.0 -1.1V. Totuși o descărcare pronunțată poate cauza
inversarea polarității cauzând daune permanente.
⁠⁠⁠Că și aplicații în domeniu, bateriile Ni -MH au fost folosite pe autovehicule
elect rice în primele generații de Toyota RAV4 EV, Honda EV PLUS, Ford Ranger EV
dar și pe cele hibride precum Toyota Prius, Honda Insight, Honda Civic Hybrid etc.

Fig.2.2. Celula NiMH (5)

32
Bateriile cu Litiu

Bateriile LiFePO4

Bateriile Litiu -Fier-Fosfat, denumite și LFP, sunt un tip de baterii Li -Ion, ce au
multe aplicații în vehiculele electrice. Comparativ cu cele LiCoO2, acestea oferă o
durata de viață mare, putere și siguranță superioară.
O caracteristică foarte apreciată a acestei baterii este cea că tensiune de
descărcare a unei celule este de 3.2V până aproape de gradul maxim de descărcare.
Cu toate acestea, nu este recomandată folosirea după ce tensiunea scade sub
2.5V, întrucât în majoritatea cazurilor apar d efecțiuni iremediabile.
Un alt avantaj important este faptul că acest tip de baterie este stabilă atât din
punct de vedere chimic cât și termic. Șansă de explozie în caz de impact este aproape
nulă, iar în caz de supraîncărcare, ea transformă energia în că ldură.
Prezintă o durată de viață îndelungată, întrucât pot depăși 10000 de cicluri de
încărcare/descărcare.

Fig.2.3. Celula LiFePO4 (6)

Bateriile Li -Ion

Sunt denumite astfel datorită procesului de migrare a ionilor de litiu de la
electrodul negativ către electrodul pozitiv în timpul descărcării, respectiv în sens invers
în timpul încărcării.
Performanțele acestui tip de celulă sunt apreciate la nivel grobal în segmentul
automotive, fiind aleasă pentru a crea pachete de baterii de către constructori renumiți
precum Chevrolet, Nissan, Tesla.

33
Energia specifică oferită este superioară multor altor tehnologii și ajunge între
100-265Wh/kg, cu o putere specifică de 300 -1500 W/kg, în funcție de modelul ales.
Plajă de temperaturi pe care poate funcționa este mai largă decât în cazul
acumulatorilor NiCd, autodescărcarea la temperatura de 20°C fiind de 8% după 30 de
zile, în timp ce constructorii estimează această valoare la 1.5 -2%.
În cazul încărcării, se obțîn performanțe remarca bile, putându -se folosi cu succes
încărcarea rapidă în intervalul 5 -45°C. În intervalul 0 -5°C este posibilă încărcarea, dar
curentul trebuie redus. Încărcarea/descărcarea în afară intervalului 5 -45°C poate cauza
creșterea rezistenței interne și ieșirea pre matură din uz.
În medie, durata de viață a bateriilor Li -Ion este de 1000 de cicluri, iar
îmbunătățirile aduse prin folosirea unui anod pe bază de carbon au realizat performanțe
de 10000 de cicluri.
Tensiunea nominală oferită de o singură celulă este de 3. 6-3.8V.

Fig.2.4. Celula Li -ion (7)

Bateriile Li -Po

Sunt baterii reîncărcabile care reprezintă evoluția tehnologică a bateriilor Li -ion. În
acest sens, electrolitul format dintr -o sare de litiu nu mai este conținut într-un solvent
organic, cum se întâmplă în cazul Li -ion, și într -un polimer compozit solid, precum
oxidul de polietilenă sau poliacrilonitril.
Spre deosebire de celulele Li -ion, care aveau formă prismatica sau cilindrică datorită
carcaselor metalice , celulele cu polimer au o carcasa formată dintr -o folie de polimer
laminat.

34
O altă deosebire între celulele Li -Po și Li -ion este faptul că, în primul caz electrozii
și separatorii sunt laminate împreună, în timp ce, în cel de -al doilea caz, carcasa
metalică asigura presiunea ce le ține laolaltă.

Datorită faptul că această carcasa nu mai este necesară, bateria poate primi orice
formă pentru a se integra mult mai ușor în spații reduse, dar și masă s -a scade
considerabil.
Tensiunea la bornele a cestul tip de celulă variază între 2.7 și 4.3 [V], în funcție
de starea s -a de încărcare.
Cu toate acestea, s -a determinat experimental faptul că, pe de o parte, trebuie
împotriva supraîncărcării și limitate în jurul valorii de 4.23 [V] din motive de
siguranță, iar pe de altă parte, în timpul descărcării, tensiunea nu trebuie să scadă sub 3
[V], în caz contrar celulă putând manifestă leziuni ce nu vor mai putea permite
încărcarea complete a ei.

Fig.2.5. Celulă Li-Polimer (8)

2.3. Arhitectura functional ă a unui sistem de propulsie electric

Un vehicul electric folose ște unul sau mai multe moto are electrice pentru propulsie
în locul unui motor cu ardere intern ă.
În timpul fr ânării, motorul electri c actionează un generator și încarc ă bateria prin
conversia energiei cinetice în energie electrică .
Există doua tipuri de solu ții: una în care motorul electric î nlocuie ște pur și simplu
motorul cu ardere intern ă și una în care utilizeaz ă motoare ad ăpostite în mod dir ect în
interiorul ro ților.

35

Figura.2.6. Arhitectură funcțională a unui sistem de propulsie electric (9)

SC- sistem de climatizare; SDA – sistem direcție asistată; PHF – pompă hidraulică de
frână; M.E. – motor electric; ECU – unitate electronică de control a vehiculului electric;
BMU – unitatea de management a bateriei; UMC – unitate modulară de control; CC –
curent continuu; CĂ – curent alternativ

 BMU – Unitatea de management a bateriei este cel mai important element dintr -un
sistem de baterii, deoarece are sarcina de a se ocupă de managementul electric și termic
al sistemului. Totodată, efectuează funcția de diagnoză a bateriilor și realizează
comunicarea cu celelalte componente ale autovehiculului.
Funcția de managem ent electronic întrerupe fluxul de intrare/ieșire a curentului electric
atunci când valorile tensiunii și a curentului depășesc intervalele de funcționare în
condiții de siguranță și uniformizează starea de încărcare.
Funcția de management termic realizeaz ă monitorizarea și evaluarea temperaturii
elementelor ce compun bateria de acumulatori.
 UMC – Unitatea modulară de control echilibeaza și uniformizează nivelul de încărcare
al celulelor. Cu ajutorul senzorilor plasați în zonele critice ale modulel or, determina
tensiunile și temperaturile celulelor și trimite mai departe către BMU aceste date pentru
prelucrare.
 O grupare de mai multe celule, conectate în serie sau paralel și o unitate modulară de
control reprezintă un modul al bateriei.
 Bateria de acumulatori a unui autovehicul trebuie să fie protejată de o carcasa, de cele
mai multe ori metalică, în această fiind deasemenea înglobat și sistemul de management
al bater iei. Protejarea acestor sisteme împotriva acțiunilor mediului ex terior sau a
pasagerilor împotriva unei reacții accidentale la nivelul sistemului de baterii este absolut
necesară.
Nu în cele din urmă, carcasa trebuie să prezinte guri de ventilație pentru a putea refula
presiunea acumulată la interior în anumite situați i.

36

2.4 Arhitectura unui sistem de baterii de acumulatori pentru autovehicule
Electrice (10)

Fig. 2.7 Arhitectură module CAN paralel independente (11)

Fig. 2.8 Arhitectură module paralele cu ieșire CAN (11)

37

Fig. 2.9 Arhitectură modul de monitorizare cu ieșire CAN (11)

Fig. 2.10 Arhitectură module în serie cu iesire CAN (11)

Cele patru arhitecturi de sisteme de baterii pe ntru vehicule electrice prezintă , fiecare ,
anumite avantaje și dezavantaje funcț ionale și constructive.
Aceste calități ș i defecte sunt prezentate în tabelul 2.2

38

Tabelul 2.2 Avantaje/Dezavantaje diferite arhitecturi constructive (10)
Module CAN
paralel
independente Module
paralele cu
iesire CAN Un singur
modul de
monitorizare
cu iesire
CAN Module in
serie cu
iesire CAN
Acuratete + + –
+
Incredere +
CAN asigura o
comunicare
eficienta, dar
cablajul excesiv
creste riscul de
avarii +
Interfata IPS
mai putin
eficient ca si
CAN dar
comunicarea
in paralel
micsoreaza
impactul
negativ ++
Comunicare
fara
interferente,
cablaj minim,
sensivitate
minima a
sistemului –
Interfata
IPS
necesita
cablaj mai
putin decat
in cazul
CAN
Productie –
Conexiunea in
paralel necesita
cablan in plus –
Conexiunea
in paralel
necesita
cablan in
plus –
Sensivitatea
analog
prezinta
neajunsuri +
Conexiune
in serie
intre
module
Cost –
Microcontrolere,
interfete CAN,
panou central si
izolatie in
fiecare modul –
Un singur
MC si E/R
CAN dar
calculatoare
separate si
izoltori
digitali ++
Un singur
MC, E/R
CAN si
izolator pe un
singur
calculator de
precizie +
Un singur
MC, E/R
CAN si
izolator pe
calculatoare
de precizie
separate

39

Capitolul 3. Calculul rezistentelor la inaintare ale autovehiculului (12)

3.1 Determinarea coeficientului de rezistenta a aerului

Coeficientul de rezistență a aerului (C x) se alege pe baza studiului modelelor
similare, întocmit în Capitolul 1. Valorile recomandate ale acestui coeficient se
întrunesc în intervalul [0.26;0.35]
In cazul modelului ales, se va considera valoarea C x = 0.28

3.2 Determinarea ariei sectiunii transversal a autovehiculului

Calculul ariei secț iunii transversal e se face în dou ă moduri
In prima metoda folosita p entru a determina aria A , se folosește relația matematică de
calcul (3.1).

A = k A ∙ E ∙ H a [m2] (3.1 )

Unde
 E – ecartamentul autovehiculului
 Ha – înălțimea maxim ă a autovehiculului
 kA – coeficientul de corec ție al ariei

Consider ăm k A = 1

Înlocuind î n rela ția (3.1), obț inem:

A = 2.2547 [m2]

Cea de a doua metod ă folosit ă este cea a măsurări ariei haș urate cu ajutorul
programului AutoCAD 2016.

Aria mă surat ă este A = 2,219 [m2]

40
Pentru a avea o marj ă de eroare mai mic ă, se folosește în continuare aria mai mare ș i
anume aria calculate numeric.
3.3. Varia ția coeficientului de rezistent ă la rulare a pneurilor

Rezisten ța la rulare se manifest ă din momentul în care roata începe s e să roteasc ă.
Pe drum orizontal, este rezisten ța cea mai important ă până la viteze de 60 -80 [km/h].
Datorit ă rezisten ței la rulare se produce încălzirea pneului, cee a ce afecteaz ă rezisten ță
la uzare a anvelopei și rezisten ța la oboseal ă, prin încovoierea materialului acesteia. (12)
Factorii principali care influen țează rezistent a la rulare a unui autovehicul sunt
construc ția carcasei pneului (tipul carcasei, gro simea benzii de rulare, raportul nominal
de aspect, diametrul pneului și natura materialului), vite za de deplasare, presiunea și
temperatura din pneu.
Pentru a determina rezisten ța la rulare a pneului folosit, trebui e cunoscut
coeficientul rezisten ței la rulare, ce depinde de viteza de deplasare și de greutatea
autovehiculului. Aceas tă metoda este una aproximativ ă, pentru un calcul exact este
necesar a avea anumi ți parametri definitorii ai construc ției pneului și a tipului c ăii de
rulare.
Se poate ap recia valoarea coeficientului rezisten ței la rulare prin anumite metode
analitice, precum în rela ția (3. 2).
f = f 0 + f01 ∙ V + f 02 ∙ V2 + f04 ∙ V4 (3.2)
Unde:
 f este coeficientul de rezisten ță la rulare
 V este viteza de deplasare a autovehiculului în [km/h]
 f0 este coeficientul de rezisten ță la rulare pentru vitez ă mică
 f01, f02, f04 sunt coeficien ții de influen ță a vitezei de rulare asupra coeficientului de
rezisten ță la rulare
În Tabelul 3.1 au fost centraliz ate valorile coeficien ților ce influen țeaza coe ficientul de
rezisten ță la rulare în func ție de tipul constructiv al pneului.

Tabel 3.1. Coeficien ți de influen ță ai rezisten ței la rulare (12)
Tip pneu f0 [-] f01
[h/km] f02
[h2/km2] f04
[h3/km3]
Diagonal Cord
metalic 1.3295
∙ 10-2 -2.8664
∙ 10-5 1.8036 ∙
10-7 0
Cord textil 1.3854
∙ 10-2 –
1.21337
∙ 10-5 1.683 ∙
10-7 0
Radial Sectiune
foarte joasa 1.6115
∙ 10-2 -9.913 ∙
10-5 2.3214 ∙
10-7 0
Sectiune
joasă 1.611 ∙
10-2 -1.0002
∙ 10-5 2.9152 ∙
10-7 0
Superbalon 1.836 ∙
10-2 -1.8725
∙ 10-5 2.9554 ∙
10-7 0

În tabelul 3.2 au fost centralizate valorile coeficientului de rezisten ță la rulare ce
au fost determina ți prin cal cul pentru pneul de construcție radial ă de sectiune joa să.

41

Tabel 3.2. Valori coeficient de rezisten ță la rulare pentru un pneu radial de sec țiune joas ă

Fig.3.1. Reprezentarea grafic ă a varia ției coeficientului de rezisten ță la rulare
în func ție de vitez ă

Pneul ales anterior în lucrare, apar ținând clasei B al eficien ței energetice,
beneficiaz ă de un coeficient de rezisten ță la rulare de o valoare mai redus ă. În acest fel,
cu o valoare mai mic ă decât cel calculat mai sus, rezisten ța real ă la rulare are o valoare
mai mic ă decât cea calculat ă, oferind astfel autovehiculului o rezerv ă de putere

3.4. Calculul rezisten țelor la înaintare și a puterilor corespunz ătoare în funcț ie de
viteza autovehiculului

Rezisten țele la înaintarea autovehiculului influenteaz ă în mod hot ărâtor posibilitatea
de deplasare a acestuia.
0.015000.015500.016000.016500.017000.017500.018000.018500.019000.019500.020000.020500.021000.02150
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150f [-]
V[km/h]Variatia coeficientului de rezistenta la rulare
in functie de viteza
V
[km/
h] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
f [-] 0.016
11 0.016
04 0.016
03 0.016
07 0.016
18 0.016
34 0.016
56 0.016
84 0.017
18 0.017
57 0.018
03 0.018
54 0.019
11 0.019
74 0.020
42 0.021
17

42

Fig.3.2. Rezis tențele la înaintare ale unui autovehicul

3.4.1. Rezisten ța la rulare

Rezisten ța la rulare este for ța ce apare în urma proceselor de interac țiune dintre pneu
și calea de rulare, în sens opus sensului de deplasare a ro ții.
Pentru calculul rezisten ței la rulare se folose ște rela ția (3.3).

Rr = f ∙ G a ∙ cosα [daN] (3.3)
Unde:
 Rr – rezisten ța la rulare [daN];
 f – coeficientul de rezisten ță la rulare al pneurilor în func ție de vitez ă [-];
 Ga – greutatea total ă a autovehiculului [daN];
 α – unghiul de înclinare al pantei [°].
În tabelul 3.3 au fost centralizate valorile rezisten ței la rulare în func ție de vitez ă, la
deplasarea în palier.

Tabel 3.3. Valori coeficient de rezistență la rulare în functie de viteza autovehiculului
V
[km/h ] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Rr 20.94 20.85 20.83 20.89 21.03 21.24 21.53 21.89 22.33 22.84 23.43 24.1 24.84 25.66 26.55 27.52

3.4.2. Rezisten ța la urcarea unei pante

În timpul urc ării unei pante, greutatea autovehiculului, G a, având punctul de
aplica ție în centrul de greutate, se descompune pe doua direc ții perpendicular e, și
anume: o greutate normal ă, perpendicular ă pe calea de rulare (G acosα) și o greutate
tangen țială, paralel ă cu calea de rulare (G asinα).Componenta paralel ă cu calea de rulare
se nume ște rezisten ța la pant ă, deo arece se opune deplas ării autovehiculului. Se
calculeaz ă cu ajutorul rela ției matematice (3.4)

Rp = G a ∙ sinα p [daN] (3.4)

Unde:
 Rp – rezisten ța la urcarea pantei [daN];

43
 Ga – greutatea total ă a autoturismului [daN];
 αp – unghiul de înclinare al pant ei [°].

3.4.3. Rezisten ța aerului

Rezisten ța aerului reprezint ă forta aerodinamic ă longiturinal ă, paralel ă cu suprafa ța
drumului, care ac ționeaz ă asupra autovehiculului în sens opus dep lasării acestuia și se
consider ă aplicat ă într-un punct situat în planul longitudinal de simetrie.
Rezisten ța aerului este produs ă de frecarea aerului de suprafata caroseriei și de
modul în care aceast ă frecare modific ă curgerea aerului în partea din spate a caroseriei.
O rela ție matematică uzual ă de calcul pentru rezisten ța aerului este rela ția (3.5).

Ra=𝑘⁡∙⁡A⁡∙⁡Vx2
13 (3.5)

Unde:
 k – coeficientul aerodinamic = 0.06125 ∙ Cx [daN ∙ s2 ∙ m-4]
 A – aria sec țiunii transversale a autovehiculului [m2];
 Vx – viteza relativ ă a aerului fa ță de autovehicul = V + V v [km/h];
 V – viteza autovehiculului [km/h];
 Vv -viteza v ântului [km/h]( în calcul se consider ă 0);
 Cx -coeficientul for ței aerodinamice pe direc ție longitudinal ă;
A = 2.2547 [m2]
Coeficientul for ței aerodinamice pe direc ție longitudi nală
Cx = 0.28
Coeficientul aerodinamic este:
k = 0.01715 [daN ∙ s2 ∙ m-4]

Valorile rezisten ței aerului în func ție de vite za autovehiculului au fost centralizate în
tabelul 3.4.

Tabel 3.4. Valorile rezisten ței aerului în func ție de viteza autovehiculului

3.5. Calculul puterilor de învingere ale rezisten țelor la înaintare

Calculul a puterii de învingere a rezisten ței la rulare se realizeaz ă cu rela ția:
Pr=Rr∙⁡V
360
Valorile puterii de învingere a rezisten ței la rulare au fost cuantificate în tabelul
3.5. V
[km/h] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Ra
[daN] 0 0.3 1.19 2.68 4.76 7.44 10.71 14.57 19.04 24.09 29.74 35.99 42.83 50.27 58.3 66.93

44
Tabelul 3.5 Valorile puterii de învingere a rezistentei la rulare în funcție de
viteza autovehiculului
V
[km/h] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Pr
[kW] 0 0.58 1.16 1.74 2.34 2.95 3.59 4.26 4.96 5.71 6.51 7.36 8.28 9.27 10.33 11.47

Calculul a puterii de învingere a rezisten ței la urcarea pantei se realizeaz ă cu rela ția:
Pp=Rp∙ V360
⁡
Calculul a puterii de învingere a rezisten ței aerului se realizeaz ă cu rela ția:
Pa=Ra∙ V360

Valorile puterii de învingere a rezisten ței aerului au fost centralizate în tabelul 3.6.

Tabelul 3.6. Valoarea puterii de învingere a rezisten ței aerului în func ție de
viteza autovehiculului
V
[km/h] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Pa 0 0.01 0.07 0.22 0.53 1.03 1.78 2.83 4.23 6.02 8.26 11 14.28 18.15 22.67 27.89

Pentru a putea calcula rezisten ța la urcarea unei rampe și puterea de învingere a
ei și pentru a trasa curbele caracteristice acestora, se va considera, ipotetic, un unghi al
rampei α = 15°.

Tabel 3.7. Valorile centralizate ale rezisten țelor la înaintare și ale puterilor necesare
aferen te, în func ție de viteza autovehicului (rulare în palier)
V
[km/h] Rr Pr Ra Pa Rt Pt
0.00 20.94 0.00 0.00 0.00 20.94 0.00
10.00 20.85 0.58 0.30 0.01 21.15 0.59
20.00 20.83 1.16 1.19 0.07 22.02 1.22
30.00 20.89 1.74 2.68 0.22 23.57 1.96
40.00 21.03 2.34 4.76 0.53 25.79 2.87
50.00 21.24 2.95 7.44 1.03 28.68 3.98
60.00 21.53 3.59 10.71 1.79 32.24 5.37
70.00 21.89 4.26 14.57 2.83 36.46 7.09
80.00 22.33 4.96 19.04 4.23 41.37 9.19
90.00 22.84 5.71 24.09 6.02 46.93 11.73
100.00 23.43 6.51 29.74 8.26 53.17 14.77
110.00 24.10 7.36 35.99 11.00 60.09 18.36
120.00 24.84 8.28 42.83 14.28 67.67 22.56
130.00 25.66 9.27 50.27 18.15 75.93 27.42
140.00 26.55 10.33 58.30 22.67 84.85 33.00
150.00 27.52 11.47 66.93 27.89 94.45 39.35

45

În urma tabelului întocmit pentru valorile rezisten țelor la înaintare și puterilor
necesare învingerii lor, în func ție de viteza, la deplasarea în palier, au fost efectuate
următoarele 2 reprezent ări grafice.

Fig. 3.3. Distribu ția valorilor rezisten țelor la înaintare în funcție de vitez ă,
la deplasarea în palier

Fig. 3.4 Distribu ția valorilor puterilor necesare învingerii rezisten țelor la înaintare, în func ție de
vitez ă la deplasarea în palier

0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150[daN]
[km/h]Distributia valorilor rezistentelor la inaintare in functie de
viteza, la deplasarea in palier
Rr
Ra
Rt
0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150[kW]
[km/h]Distributia valorilor puterilor necesare invingerii
rezistentelor la inaintare, in functie de viteza, la deplasarea
in palier
Pr
Pa
Pt

46
Tabel 3.8. Valorile centralizate ale rezisten țelor la înaintare și ale puterilor necesare
aferente, în func ție de viteza autovehicului (rulare in ramp ă)
V
[km/h] Rr Pr Ra Pa Rp Pp Rt Pt
0.00 20.23 0.00 0.00 0.00 336.70 0.00 356.93 0.00
10.00 20.14 0.56 0.30 0.01 336.70 9.35 357.14 9.92
20.00 20.12 1.12 1.19 0.07 336.70 18.71 358.01 19.89
30.00 20.18 1.68 2.68 0.22 336.70 28.06 359.56 29.96
40.00 20.31 2.26 4.76 0.53 336.70 37.41 361.77 40.20
50.00 20.52 2.85 7.44 1.03 336.70 46.76 364.66 50.65
60.00 20.80 3.47 10.71 1.79 336.70 56.12 368.21 61.37
70.00 21.15 4.11 14.57 2.83 336.70 65.47 372.42 72.41
80.00 21.57 4.79 19.04 4.23 336.70 74.82 377.31 83.85
90.00 22.06 5.52 24.09 6.02 336.70 84.18 382.85 95.71
100.00 22.63 6.29 29.74 8.26 336.70 93.53 389.07 108.08
110.00 23.28 7.11 35.99 11.00 336.70 102.88 395.97 120.99
120.00 24.00 8.00 42.83 14.28 336.70 112.23 403.53 134.51
130.00 24.79 8.95 50.27 18.15 336.70 121.59 411.76 148.69
140.00 25.65 9.97 58.30 22.67 336.70 130.94 420.65 163.59
150.00 26.58 11.08 66.93 27.89 336.70 140.29 430.21 179.26

Fig. 3.5. Distribu ția rezisten țelor la înaintare, în func ție de vitez ă, la deplasarea în ramp ă
0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00450.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150[daN]
[km/h]Distributia rezistentelor la inaintare, in functie de viteza, la
deplasarea in rampa
Rr
Ra
Rp
Rt

47

Fig. 3.6. Distribu ția puterilor necesare învingerii rezisten țelor la înaintare, în func ție de vitez ă, la
deplasarea în ramp ă

3.6. Determinarea randamentului transmisiei

Fiind echipat cu sistem de propulsie electric, autovehicului de proiectat realizeaz ă
transmiterea momentului de la motorul electric la roat ă printr -un reductor mecanic.
Astfel, av ând construc ție at ât de simplist , randamentul transmisiei auto vehiculelor
electrice este încadrat între 90-95%.
Consider ând faptul c ă acest randament este constant pe întreaga plaj ă de tura ții, vo m
considera valoarea randamentului transmisiei mecanice η t=95%.

3.7. Calculul bateriilor de acumulatoare si alegerea acestora (13)

Pentru a fi posibil ă realizarea acestui calcul, este nevoie a se cunoaste o serie de
parametri, precum puterea și randamentul motorului electric, randamentul variatorului
de turatie și al transmisiei folosite.
În calculul puterii motorului electric se va ține cont de puterea necesar ă
învingerii rezis tențelor la înaintare, calculate în subcapitolul 3.4.
Puterea motorului electric se determin ă cu ajutorul rela ției matematica :

Pnec=Pr
ηt [kW]

0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.00180.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150[kW]
[km/h]Distributia puterilor necesare invingerii rezistentelor la
inaintare, in functie de viteza, la deplasarea in rampa
Pr
Pa
Pp
Pt

48
Unde:
 Pnec – puterea motorului electric [kW];
 ηt – randamentul transmisiei;
 Pr – puterea la roat ă [kW].

Din condiția atingerii vitezei maxime rezultă o putere la roată egală cu 42 kW.
Astfel, puterea necesară motorului electric este de:
Pnec = 42 / 0.95 = 44.2 [kW]
Din condiția urcării rampei maxime, rezultă o putere la roată egală cu 19,89 [kW].
Se consideră valoare de referință, valoarea de 20 kW, iar în acest caz, puterea motorului
electric va fi egală cu:
Pnec = 20 / 0.95 = 21.05 [kW]

Puterea d isponibilă a bateriei este egală cu raportul dintre puterea la roată și
produsul dintre randamentul motorului electric, al variatorului de turație și al
transmisiei. Se va folosi relația de calcul :
Pbat = Pnec / ηVT *∙ ηmoț * ηt [kW]
Unde:
 ηmoț – randamentul motorului electric
 ηVT – randamentul variatorului de turație

ηVT ∙ ηmoț = 0.83

Pbat = 21/0.83*0.95 = 26.63 kW

Puterea bateriei se calculează pentru puterea la roată corespunzătoare învingerii
rezistențelor la înaintare la viteză de 30 [km/h], din condiția de din contitia de urcare a
rampei maxime. Această este valoarea de 27 kW.

Pentru a asigura o marja de eroare, se alege putere a nominală a bateriei
Pbat = 2700 0 W

Totodată, puterea bateriei este egală cu produsul dintre tensiunea și curentul care
trec prin baterie. Tensiunea bateriei este egală cu tensiunea la care este alimentat
motorul electric, și anume 340V.
Pbat = U bat ∙ Ibat [kW]
Unde:
 Ubat – tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare
 Ibat – curentul la bornele bateriei de acumulatoare

Ubat = 340 [V]

Curentul la bornele bateriei de acumulatoare este:

𝐼𝑏𝑎𝑡=𝑃𝑏𝑎𝑡
𝑈𝑏𝑎𝑡 [A]

I = 79.41 [A] ≈ 80 [A]

49
La bateriile Li-ion, capacitatea activă ce poate fi folosită în condiții de siguranță ale
bateriei se află în jurul valorii de 70% (între valorile 20% și 90% ale stării de încărcare)

0,7 ∙ C N = I ∙ t
Unde:
 CN – capacitatea nominală a bateriei [Ah]
 I – curentul prin baterie [A]
 t – timpul în care curentul I străbate bateria [h]

Autonomia unui autovehicul electric este dată de produsul dintre viteză de
deplasare a acestuia și timpul de descărcare a bateriilor.

B = V m ∙ td
Unde:
 B – autonomia autovehiculului [km]
 Vm – viteză medie de deplasare a autovehiculului [km/h]
 td – timpul de descărcare [h]

Se consideră viteză medie de deplasare 90 km/h.
În condițiile obținerii unei autonomii de 180 km, timpul de descărcare va fi:
()

Capacitatea necesară a bateriei va fi:

Pentru calculul capacității bateriei de acumulatoare, se va ține cont și de ceilalți
consumatori adiacenți:
 Sistemul de iluminare (se vor folosi becuri LED): faza lungă / faza scurtă
Un singur LED consumă: 2V ∙ 30mA ∙ 1h = 60 mWh
300 de LED -uri vor consumă 18 Wh (0.8% din C N)
 Pompă de servodirecție: 3% din C N
 Pompă de servofrână: 1.5% din C N
 Alți consumatori: 4% din C N

În urma acestor remă rci, capacitatea bateriei va trebui mărită cu 10%, din
considerentele atingerii autonomiei dorite. Astfel:

CN = 228 + 0.1 ∙ 228 = 228 + 22,8 = 250,8 [Ah]

Energia consumată în procesul de descărcare va fi:

W = 340 ∙ 250 = 85 [kWh]

S-a calculat nevoia unei baterii ce dispune de o capacitate de 250 Ah, ce dezvoltă la
bornele ei o tensiune de 340 V.
Pentru a realiza aceasta baterie avem nevoie de 6048 celule Panasonic NCR20700B,
ce au o tensiune la borne de 3.6 V și o capacitate de 4 000 mAh

50
Dimensiunile acestei celule cilindrice sunt:
 Diametru: 20 [mm]
 Înălțimea: 70 [mm]
Aceste celule, cântărind 63.5g fiecare, vor genera în final o masă cumulată de 384 kg.
Pentru a realiza o uniformitate a încărcării și descărcării, celulele vor fi conectate
altfel:
 se for grupa câte 63 de celule în paralel, obțînându -se astfel un pachet ce va dispune de
o capacitate de 252 Ah
 pachetele vor fi conectate câte 6 în serie, formând un modul ce va dispune d e o tensiune
de 21,6 V
 cele 16 module create vor fi conectate deasemenea în serie formând bateria de
acumulatori ce va avea o tensiune calculată de 345,6 V la ȘOC = 100%

Tabel 3.9 Specificații tehnice ale bateriei de acumulatoare
Mărime Unitate de măsură Valoare
Putere efectivă [kW] 27
Tensiune nominală [V] 340
Curent nominal [A] 80
Densitate energie specifică [Wh/kg] 220
Capacitate nominală [Ah] 250
Număr celule [-] 6048
Număr module [-] 16
Masă unui modul [kg] 24
Masă cablaje+cutie [kg] 30
Masă lichid răcire [kg] 6
Masă totală a bateriei [kg] 420

51

Capitolul 4. Modelarea termica ca bateriei de acumulatori

Modelarea termică a bateriilor și simularea distribuției termice este de mare interes,
mai ales pentru dimensionarea sistemului de racier în vederea menținerii temperaturii
optime de funcționare.
Pentru realizarea unei baterii de acumulatoare sunt necesare mai multe cellule Li –
ion, conectate în serie și în paralel. Un element de proiectare și o ptimizare foarte
important al bateriilor de acumulatoare este managementul termic. Suplimentar, un rol
foarte important îl are managementul electric. Curentul și tensiunea pentru fiecare celulă
trebuie controlate pentru a preveni supraîncărcarea, ce poate duce la pierderea
controlului asupra temperaturii bateriei.
Sistemele de racier utilizate în calzul bateriilor sunt, de cele mai multe ori,
obligatorii, deoarece transferul de căldură se manifest ape toată perioada proceselor de
încărcare și descărca re. (2)
Dacă managementul termic nu este realizat correct, bateriile au dezavantajul de a
îmbătrânii timpuriu și rapid, datorită expunerii pentru perioade lungi la temperature
ridicate. La o temperature ambientală de 25°C, pentru o creștere a temperaturii celulei
unei baterii cu 10°C peste limita admisă, perioada de viață va fi redusă cu 50%.
Un management termic adecvat asigura o viață lungă și performanțe ridicate ale
bateriilor. La temperature de peste 70°C, celulele sunt expuse la supraîncălzire datorită
faptului că nu se mai poate realiza correct controlul termic asupra lor. Stratul separator
riscă să se topească și contactul direct dintre electrozi va genera reacții exoterme
puternice. Un echilibru între du rata de viață și performanțele energetice ridicate se
atinge atunci când temperature este menținută la 25 -30°C. Temperatura unei cellule
poate atinge uneori, și chiar depăși, valoarea de 40°C doar în cazuri excepționale și
pentru perioade scurte de timp. D iferențele mari de temperature determina solicitări
mecanice care pot fi puse în evidență plecând de la măsurarea diferenței de temperatura.
Pentru a putea fi utilizate la determinarea solicitărilor mecanice, diferențele de
temperature nu trebuie să depășe ască 5°C. (2)

Vom studia comportamentul termic al bateriilor de acumulatoare și vom evalua
pierderile pe baza surselor de caldur ă și a efectelor termice dintre acestea, pornind
modelarea de la caracteristicile geometrice ale fiec ărui element al bateriei. Astfel,
asociind forme geometrice simple fiec ărui element component, se pot determina, cu
ușurinta, volumul ș i masa fiec ăruia, utiliz ând propriet ățile fizice ale materialului din
care este realizat. Pentru a determina și a descrie efectele termice din interiorul bateriei
de acumulatoare, elementele componente au fost considerate mase termice, iar efectele
termice dintre acestea au fost considerate reziste nțe.

Pornind de la pierderile posibile la nivelul bateriilor de acu mulatoare și a
distribu ției acestora în strânsă legatur ă cu parametri și caracteristicile constructive, s -a
realizat un circuit termic echivalent simplificat (fig 4.1). Acesta face referire la o singura
celul ă și tine cont de leg ătura care exist ă cu circuitul electric echivalent simplificat.
Cunosc ând constructia bateriei de acumulatoare este suficient a investiga doar circuitul
termic echivalent simplificat. Num ărul de celule, ordonarea acestora, izolarea dintre
celule precum și aerul existent în interiorul bateriei, permit determinarea transferului
termic pentru toat ă bateria. (2)

52

Fig. 4.1 Circuitul termic echivalent simplificat

Bateria de acumulatoare a fost discretizat ă în celule existente (Cel), c ărora li s -au
asociat izola ția corespunz ătoare (Ins) și aerul interior (IA). Celulelor, izola ției și aerului
interior, c ât și carcasei (F) în care sunt a șezate acestea, le sunt asociate mase termice.
Pierderile asociate celulelor (P Cel) sunt generate de caldura degajat ă de acestea în timpul
proceselor de încărcare/desc ărcare.
Transferul de caldur ă se realizeaz ă prin conduc ție și convec ție. Astfel apar
rezisten țe termice corespunz ătoare transferului de caldur ă prin convec ție între celule și
izola ție (R CelinsU ) și rezisten țe termice corespunz ătoare transferului de caldur ă prin
convec ție și conduc ție între izola ție și aerul interior (R insIAUT ). Transferul de caldur ă de
la celulele bateriei c ătre carcasa se realizeaz ă prin intermediul izola ției și a aerului
interior, fiind prin urmare transfer termic convecti v, gener ându-se rezisten țele
corespunzatoare (R CelFT, R insFT, R IAFT). Transferul de c ăldură al modulului complet de
celule și pachet al bateriei c ătre mediul exterior se realizeaz ă de la carcas ă către ambient
prin convec ție. (14)
Pentru a facilita determinarea temperaturilor elementelor componente ale
bateriei, vor fi luate în considerare o serie de ipoteze de natu ră termic ă, precum: acea și
temperatur ă pentru toate celulele, aerul interior a fost împar țit în dou ă părți, o parte sub
celula și o parte deasupra celulei, iar in jurul celulei se afl ă izola ția specific ă (fig. 4.2)

53

Fig. 4.2 Transferul de căldură pentru o celulă

Transferul de căldură se realizează prin convecție liberă, ce are loc în zonele cu aer
interior, și prin convecție forțată, posibilă datorită proprităților chimice ale izolației si a
sistemelor de răcire. Un rol important în modelarea transferului termic îl reprezintă
proprietățil e fizice si chimice ale materialelor din care sunt realizate carcasa, fluidul din
interiorul bateriilor și elementele de prindere și susținere ale bateriei.
Pentru a determina volumul elementelor din componența unei baterii, unei celule i s –
a atribuit for ma unui cilindru, care este chiar forma sa, iar zonelor dintre celule au fost
considerate prisme triunghiulare (fig. 4.3).

Fig. 4.3 Interpretare geometrică a izolației dintre celule (vedere de sus)

Este necesară asocierea de mase termice elementelor componente ale bateriei,
întrucât acest lucru facilitează analiza efectelor termice tranzitorii, în vederea
îmbunătățirii comportamentului termic pentru proiectarea corespunzătoare și pentru
procesele de optimizare viitoare. Timpul de încălzire/răcire al e lementelor componente
este un punct de interes, precum și existența sau a psența unui sistem de răcire dedi cat al
bateriei.

54
Rconductie =ln(𝐷𝑒𝑥𝑡
𝐷𝑖𝑛𝑡)
2∙𝜋∙𝜆∙𝐿𝑒⁡⁡⁡⁡(4.1)

Rconvecție =Tsup−Text
𝑞̇⁡=1
ℎ∙𝐴⁡⁡(4.2)

Fig. 4.4 Modul de baterii

Datorit ă formei traseului fluidului de răcire, fiecare celulă va beneficia de acel eași
condiții de funcționare referitoare la regimul termic și transferul de căldură.

Fig. 4.5 Sistem modular

55

4.1. Modelarea analitică a pierderilor

Căldura generată la nivelul bateriei se datorează rezistențelor și schimbărilor de
entalpie ce apar în urma efectelor electrochimice în timpul proceselor de încărcare și
descărcare. În funcție de materialele folosite la construcția bateriei, a elementelor
chimice, a stării de încărc are și a temperaturilor de operare, este generată o masă
termică.
Pentru a putea estima această masă termică se poate utiliza capacitatea termică ș i
masa elementelor investigate:
𝑚𝑡=∑𝑐𝑝,𝑖∙𝑚𝑖 [kg] (4.3 )
Unde:
𝑚𝑡 – masa termică [kg];
𝑐𝑝 – capacitatea termică a elementului [J/kgK];
𝑚𝑖 – masa elementului [kg].

Cunoscând căldura generată și cantitatea de energie electrică introdusă în baterie în
timpul încărcării sau preluată din baterie în timpul descărcării, se determină randamen tul
pentru o celulă a bateriei:

𝜂𝑐𝑒𝑙=(1−𝑄𝑔𝑒𝑛
𝐸𝑖,𝑜)∙100 [%] (4.4 )
Unde:
𝜂𝑐𝑒𝑙 – randamentul celulei;
𝑄𝑔𝑒𝑛 – căldura generată de o celulă [W];
𝐸𝑖,𝑜 – energia introdusă sau preluată [W].

Căldura degajată în timpul proceselor de încărcare și descărcare a bateriei are patru
componente: căldura de reacție, căldura de polarizare, căldur a adversă și căldura
rezistivă.

𝑄𝑡=𝑄𝑟+𝑄𝑝+𝑄𝑠+𝑄𝐽 [W] (4.5 )

Unde:
𝑄𝑡 – cantitatea de căldură totală [W];
𝑄𝑟 – cantitatea de căldură de reacție [W];
𝑄𝑝 – cantitatea de căldură de polarizare [W];
𝑄𝑠 – cantitatea de căldură adversă [W];
𝑄𝐽 – cantitatea de căldură rezistivă sau Joule [W].

Reacțiile adverse reprezintă reacțiile chimice de descompunere a elec trolitului, ce au
ca urmare autodescărcarea bateriei. În cazul bateriei Li -ion de proiectat, autodescărcarea
este puțin sesizabilă, astfel nu se iau în considerare pierderile prin căldura generată de
reacțiile adverse.

Pierderile bateriei Li -ion sunt pie rderile la reacție, pierderile la polarizare și
pierderile rezistive.

56
𝑃𝑏𝑎𝑡=𝑃𝑟+𝑃𝑝+𝑃𝐽 (4.6)
Unde:
𝑃𝑏𝑎𝑡 – pierderile bateriei Li -ion;
𝑃𝑟 – pierderile la reacție;
𝑃𝑝 – pierderile la polarizare;
𝑃𝐽 – pierderile rezistive.

4.2. Pierderile la reacție (14)

Variația cantității de căldură primită în timpul proceselor de încărcare și degajată la
descărcare se exprimă analitic cu relația (4.7 ).
∆𝐺=∆𝐻−𝑇∙∆𝑆 [J] (4.7 )

unde:
∆𝐺 – căldura degajată la temperatură constantă sau energia liberă Gibbs [J];
∆𝐻 – variația entalpiei [J];
𝑇 – temperatura absolută [K];
∆𝑆 – variația entropiei corespunzătoare reacțiilor din baterie.

Energia termică poate fi exprimată în funcție de temperatura abs olută și de variația
entropiei.
𝑄𝑟=𝑇∙∆𝑆=𝑇∙(−δ∆𝐺
δT) (4.8)

∆𝐺=−𝑛𝐹𝐸𝑒 (4.9)

𝑄𝑟=𝑛𝐹𝑇(δ𝐸𝑒
δT) (4.10 )
Unde:
𝑄𝑟 – căldura de reacție [J];
𝐸𝑒 – forța electromotoare [V];
𝐹 – constanta Faraday [C/mol];
n – numărul proceselor de încărcare -descărcare.

Solicitarea termică este mai mare în timpul procesului de descărcare, deoarece
căldura de reacție este exotermă. Căldura degajată la descărcare va crește prin adăugarea
călduri i Joule rezultate în timpul procesului.
Căldura de reacție degajată în timpul procesului de încărcare al bateriei de proiectat
corespunde căldurii absorbite când ionii de litiu din electrodul pozitiv se intercalează cu
electrodul negativ. O cantitate de c ăldură egală se va degaja și în timpul procesului de
descărcare, astfel căldura de reacție se exprimă matematic:

𝑄𝑟𝑐=𝑄1
𝐹
3600∙𝐼𝑐=−3.73∙10−2∙𝑄1∙𝐼𝑐 [kJ/h] (4.11 )

𝑄𝑟𝑑=𝑄1
𝐹
3600∙𝐼𝑑=−3.73∙10−2∙𝑄1∙𝐼𝑑 [kJ/h] (4.12 )

57
Unde :
𝑄𝑟𝑐 – căldura de reacție la încărcare [W];
𝑄𝑟𝑑 – căldura de reacție la descărcare [W];
𝑄1 – căldura degajată la încărcare și descărcare [kJ/h];
𝐼𝑐 – curentul absorbit la încărcare [A];
𝐼𝑑 – curentul absorbit la descărcare [A].

4.3. Pierderile la pol arizare (14)

În urma polarizării electrochimice a bateriei în timpul proceselor de încărcare și
descărcare, căldura de polarizare degajată reprezintă o pierdere energetică. Căldura de
polarizare apare ca urmare a necesității difuziei și deplasării atomilor în interiorul
bateriei, în timpul proceselor de reacție. Procesele de polarizare au corespon denți
rezistențe la polarizare.

𝑅𝑝𝑑=𝑅𝑡𝑑−𝑅𝑒 [Ω] (4.13)

𝑄𝑝𝑑=𝐼𝑑2∙𝑅𝑝𝑑=3.6∙𝐼𝑑2∙𝑅𝑝𝑑 [kJ/h] (4.14 )

𝑅𝑝𝑐=𝑅𝑡𝑐−𝑅𝑒 [Ω] (4.15 )

𝑄𝑝𝑐=𝐼𝑐2∙𝑅𝑝𝑐=3.6∙𝐼𝑐2∙𝑅𝑝𝑐 [kJ/h] (4.16 )

Unde:
𝑅𝑝𝑑 – rezistența la polarizare în timpul descărcării [Ω];
𝑅𝑡𝑑 – rezistența totală la descărcare [Ω];
𝑅𝑒 – rezistența electrică a bateriei [Ω];
𝑄𝑝𝑑 – căldura de polarizare la încărcare [W];
𝐼𝑑 – curentul absorbit la descărcare [A];
𝑅𝑝𝑐 – rezistența la polarizare în timpul încărcării [Ω];
𝑅𝑡𝑐 – rezistența totală la încărcare [Ω];
𝑄𝑝𝑑 – căldura de polarizare la descărcare [W];
𝐼𝑐 – curentul absorbit la încărcare [A].

4.4. Pierderile rezistive (14)

Pierderile rezistive reprezintă consecința căldurii degajate ca urmare efectului Joule
la trecerea curentului electric prin baterie. Căldura rezistivă se datorează interacțiunii
electronilor cu atomii conductorului. Căldura rezistivă se determină matematic :

𝑄𝐽𝑑=𝐼𝑑2∙𝑅𝑒𝑑=3.6∙𝐼𝑑2∙𝑅𝑒𝑑 [kJ/h] (4.17 )

𝑄𝐽𝑐=𝐼𝑐2∙𝑅𝑒𝑑=3.6∙𝐼𝑐2∙𝑅𝑒𝑐 [kJ/h] (4.18)

58
Unde:
𝑄𝐽𝑑 – căldura Joule la descărcare [W];
𝑄𝐽𝑐 – căldura Joule la încărcare [W];
𝑅𝑒𝑑 – rezistența bateriei la descărcare [Ω];
𝑅𝑒𝑐 – rezistența bateriei la încărcare [Ω];
𝐼𝑐 – curentul absorbit la încărcare [A];
𝐼𝑑 – curentul absorbit la descărcare [A].
Pentru a reduce pierderile rezistive, căldura Joule trebuie redusă prin utilizarea în
construcția bateriei a unei structuri și a unor materiale speciale cu scopul micș orării
rezistenței electrice. Valorile rezistenței el ectrice pot fi reduse prin controlul optim al
regimului de temperaturi de operare.

4.5. Bilanțul termic (14)

Variația pierderilor de putere din bateria Li -ion de proiectat poate fi descrisă cu
ajutorul bilanțului termic la descărcare 𝑄𝑡𝑑, respectiv la încărcare 𝑄𝑡𝑐 [kJ/h]:

𝑄𝑡𝑑=𝑄𝑟𝑑+𝑄𝑝𝑑+𝑄𝐽𝑑=3.73∙10−2∙𝑄1∙𝐼𝑑+3.6∙𝐼𝑑2∙𝑅𝑝𝑑+3.6∙𝐼𝑑2∙𝑅𝑒𝑑 [kJ/h]
(4.19 )

𝑄𝑡𝑐=𝑄𝑟𝑐+𝑄𝑝𝑐+𝑄𝐽𝑐=3.73∙10−2∙𝑄1∙𝐼𝑐+3.6∙𝐼𝑐2∙𝑅𝑝𝑐+3.6∙𝐼𝑐2∙𝑅𝑒𝑐 [kJ/h]
(4.20 )

59

Capitolul 5. Modelul virtual de simulare. Investigarea pierderilor de
putere prin căldură (15)

Sistemele mecatronice moderne au devenit din ce în ce mai complexe, de aceea
necesitatea utilizării uneltelor de simulare este mai mult decât necesară. Proiectarea unor
astfel de sisteme se realizează în urma unui process continuu, ce cuprinde mai multe
etape. Fiecare etapă solicită, suplimentar față de utilizarea unor unelte de simulare
complexe, procese de analiză amanunțit ă a posibilităților existente c e ar putea fi folosite.

Datorită acestora, proiectarea unu i sistem în mediul virtual este posibilă aproape în
întregime. În punctul în care soluția optima a fost găsită, pentru a putea realiza
verificarea finală a rezultatelor predeterminate, se va trece la realizarea prototipului.

5.1. Modelarea computeriz ată

Îmbunătățirea continua a calității proceselor de proiectare apare ca o necesitate
datorită tendinței de creștere a contribuției componentelor electronice si mecatronice.
Simularea reprezintă o revoluție în domeniul ingineriei, ce permite componentelor si
elementelor noi să fie integrate eficient si corect într -un ansamblu deja realizat și este o
cheie pentru îmbunătățirea stării de funcționare și a capacității de control a unui
autovehicul încă din starea de proiect. (15)
Prin modelare matematică și î nțelege algoritmul de calcul prin care se încearcă
reproducerea unui sistem sau a unui element și supunerea acestuia la anumite teste ce
imită situații variate, mai mult sau mai puțin posibile de reprodus în realit ate, precum :
– utilizarea materialelor rare;
– verificarea și anticiparea erorilor;
– optimizarea geometriei pentru greutate și rezistență;
– evaluarea numeroaselor condiții de mediu

5.2. Componentele modelului virtual de simulare

Folosirea programelor de simulare a modelelor virtuale reprezintă integrarea
parametrilor de influenă dintr -un anumit sistem într -un calcul mathematic ce ia in
considerare variația acestora în timp pentru a ajunge la un rezultat cât mai apropiat de
unul re al. Fiecare ansamblu sau sistem este reprezentat de o pictograma ce are în spate
un algoritm ce, cu ajutorul datelor de intrare și a formulelor matematice de calcul, imită
aproape de realitate comportamentul în funcționare și relevă date concludente.

60

5.2.1. Conducătorul autovehicululu i

Acest submodel imită comportamentului unui conducator de autovehicul, fiind
sensibil la viteza de deplasare a autovehiculului, ca și date de intrare, și are control
asupra comenzilor de accelerare și frânare.

Fig. 5.1. Submodelul conducătorului autovehiculului (15)

5.2.2. Autovehiculul

Submodelul autovehiculului înglobează sub forma matematică factorii mecanici,
fizici și dinamici ce acționează asupra unui autovehicul. Pentru a funcționa cât mai
apropiat de realitate, acest submodel necesită informații legate de masă, particularități
dinamice ale caroseriei și formula roților, având ca date de intrare informații legate de
viteză, moment motor, forță de frânare, viteza v ântului și rezistența la înaintare.

Figura 5.2. Submodelul autovehiculului (15)

5.2.3. Bateria de acumulatoare

Submodelul bateriei de acumulatoare permite configurarea numărului de celule și
conexiunea lor (serie sau paralel) dar și introducerea parametrilor săi energetici.

Figura 5.3. Submodelul bateriei de acumulatoare (15)

61
5.2.4. Unitate electronică pentru managementul bateriei

Controlul strategiilor de încărcare și descarcare este realizat de către acest submodel.
Acesta dispune de informatii despre starea bateriei de acumulatoare și gestionează
funcționarea acesteia în condiții de siguranță.

Figura 5.4. Submodelul unității electron ice pentru managementul bateriei (15)

5.2.5. Unitate electronică de control

Submodelul unității electronice de control reprezintă cheia de legătură între
submodelele motor electric, conducător autovehicul și baterie de acumulatoare cu
scopul atingerii obiectivelor simulării.

Figura 5.5. Submodelul unității electronice de contro l (15)

5.2.6. Mașină electrică

Submodelul mașinii electrice simulează comportamentul unui motor electric ce este
comandat de către unitatea electronică de control.

Figura 5.6. Submodelul mașinii electrice (15)

62

5.2.7 . Reductor

Acest submodel controleaza datele referitoare la turația și cuplul la intrare
respective, la ieșire din redactor.

Figura 5.7 . Submodelul reductorului (15)

5.3. Modelul virtual de simulare a pierderilor de putere prin căldură

Figura 5.8. Modelul virtual al autovehiculului electric de proiectat

Aplicând constângerile strategiilor potrivite, modelul de mai sus simulează
funcționarea unui autovehicul electric pe parcursul unui ciclu NEDC. Un astfel de ciclu
este alcătuit din patru cicluri urbane, ce se desfasoară pe parcursul primelor 800 de
secunde, și un ciclu extraurb an pe parcursul ultimelor 400 de secunde.
Pachetul de baterii conține 6048 celule (16 module de 378 celule) Li -ion configurate
în serie și paralel.
Bateria are o arie de transfer de căldură de 13,3∙106⁡mm2 și o masă totală de 384
kg, iar coeficientul de schimb de căldură convectiv este de 38W/m2K.

63

Figura 5.9. Ciclul de Conduc ere European utilizat în prezent (15)

Se vor lua în calcul pentru simulare, trei scenarii posibile si anume :
– Funcționarea în condiții normale, SOC = 90%, temperatura exterioară 25° C
– Funcționarea cu o baterie subdimensionată
– Funcționarea la temperatură scăzută, -30° C

Comportamentul și datele grafice ieșite sunt rezultatul strategiilor folosite pentru
limitarea cuplului/turației în anumite condiții ce necesita asemenea măsuri din motive de
siguranță.

5.4. Rezultatele simulării computerizate LMS Amesim (15)

5.4.1.Funcționarea în condiții normale

În acest caz, se va constata faptul că, dacă dimensionarea bateriei a fost făcută
corect, graficul vitezei autovehiculului va urma claficul de parcurgere al ciclului NEDC.

Figura 5.10. Parcurgerea ciclului de conducere

64

Se observ ă că, în condiții normale, modelul își poate adapta viteza pentru a urmări
graficul ciclului NEDC.

Figura 5.11. Variația intensității și a tensiunii curentului pe durata ciclului de conducere

Se observa faptul că tensiunea și curentul de descărcare ale bateriei de acumulatoare
nu se apropie de praguri critice.

Figura 5.12. Variația stării de încărcare pe durata ciclului de conducere

65
5.4.2. Funcționarea cu o baterie subdimensionata

Func ționarea cu o baterie subdimensionată este unul din cazurile de studiat.
Se poate observa faptul ca nu se poate atinge valoarea de 40 km/h, în condițiile în
care ciclul NEDC atinge și viteze de 120 km/h.

Figura 5.13. Parcurgerea ciclului de conducere

Figura 5.14. Variația intensității și a tensiunii curentului pe durata ciclului de conducere

66
Se poate observa faptul că, la funcționarea cu o baterie subdimensionată,
tensiunea bateriei scade brusc și lucrează la o tensiune mult sub cea nominală, fiind
astfel imposibil să se ajungă la rezultate mulțumitoare.

Figura 5.15. Variația stării de încărcare pe durata ciclului de conducere

Se poate observa faptul că starea de încarcare a bateriei scade vertiginous în cazul
bateriei subdimensionate, făcând imposibilă rularea a două cicluri NEDC consecutive.

5.4.3. Funcționarea în anot impul rece

Funcționarea în anotimpul rece aduce o serie de schimbări în funcționarea sistemelor
integrate pe un autovehicul electric, aplicându -se strategii de limitare de cuplu și
turatie.Pe lângă asta, rezistența internă a bateriei crește și ângreuneaza procesele
existente.

67

Figura 5.16. Parcurgerea ciclului de conducere

Se poate observa faptul că nu se poate urma graficul ciclului NEDC datorită
limitărilor impuse de unitatea electronica de control. Deasemenea, viteza maximă este
limitată în jurul valorii de 95 km/h .

Figura 5.17. Variația intensității curentului pe durata ciclului de conducere

În graficul de mai s us se poate observa faptul că pe ultima parte a ciculului NEDC,
partea de rulaj extraurban, intensitatea curentul ui scade brusc, este limitată la -135 A și
se aplică o limitare de cuplu.

68

Figura 5.18. Variația tensiunii pe durata ciclului de conducere

Deși s -a folosit aceeasi configurație ca și în simulările anterioare, aici se observă o
scădere mult mai bruscă a stării de încărcare. Aceasta se datorează în principal
rezistenței interne mărite din cauza temperaturii scăzute.

69

Capitolul 6. Construcția și fabricarea carcasei bateriei (16)

6.1 Elementele componente și dimensiunile acestora

Din raționamente logice pentru ușurarea operatiunilor ce au lor pe parcursul vieții
bateriei de acumulatoare, am proiectat carcasa de protecție formată din carcasa
inferioară și un capac superior.
Precum am ales în capitolele anterioare, carcasa va fi pozitionată pe podea, având
rol de platforma modular. Aceasta are o lungime de 2160 mm, lățime de 1503 mm si
înălțimea de 240 mm.
Carcasa inferioară este amplasată pe podeaua modulară a autovehiculului de
proiectat și are lungimea de 2160 mm, lățimea de 1503 mm și înălțimea de 230 mm.
Asamblarea capacului pe partea inferioară a carcasei se realizează prin înfiletarea a
16 șuruburi M12 x50 STAS 4845 -80 (17)

Figura 6.1. Carcasa superioară

70

Proiectarea carcasei a fost realizată cu ajutorul software -ului CATIA v5.

Figura 6.2. Proiectare asistată de calculator

Figura 6.3. Carcasa bateriei de acumulatoare

71
6.2 Analiza condițiilor tehnico -funcționale și a tehnologicității piesei și stabilirea
tipului de producție

6.2.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse și a tehnologicității piesei

Carcasa proiectată, în funcționarea autovehiculului electric, va trebui să
îndeplinească mai multe obiective, printer care :
– protecție în caz de impact sau explozie
– susținere;
– ușurință în caz de dezasamblare;

6.2.2. Alegerea justificată a materialului piesei

Pentru fabricarea carcasei, se alege aluminiul.
După fier, acesta a devenit metalul cu cea mai largă întrebuințare. Aluminiul a fost
remarcat pentru faptul că este un metal ușor, cu o densitate de 2.7 g/cm3. Această
calitate îl face să fie utilizat în cantități mari în industria navală și aeronautică.
Capacitatea mare de reflexie este folosită în construirea oglinzilor metalice . Aliajele de
aluminiu au o resistenta la tractiune cuprinsa intre 70 si 700 MPa. Aliajele sunt cele mai
utilizate pe scara larga pentru extrudare, au rezistente cuprinse intre 150 -300MPa. Spre
deosebire de cele mai multe clase de oteluri, alumini ul nu devine casant la temperaturi
joase; in schimb rezistenta sa creste. La temperaturi ridicate, rezistenta aluminiului
scade. Atunci când este expus in timp indelungat la temperaturi de peste 100 grade
Celsius, rezistenta sa este afectata pana la limita inmuierii. (18)

6.2.3. Calculul ritmului și productivității. Stabilirea preliminară a sistemului de
producție

Producția de autovehicule electrice se află în continuă creștere și dezvoltare.
Calculul fondului anual real de timp (F r)
Fr= [Z c-(Zd+Zs)]*n s*ts*kp =[365 -(104+14)]*1 *8*0.9 5 = 1877 ore/an

72
Unde :
Zc – numărul de zile calendaristice dintr -un an;
Zd – numărul de zile libere de la sfârșitul săptămânii dintr -un an;
Zs – numărul zilelor sărbătorilor legale;
ns – numărul de schimburi: n s=1 schimb /zi;
ts – durata unui schimb;
kp – coeficient care ține seama de pierderile de timp de lucru datorită reparatiilor
executate în timpul normal de lucru al schimbului respectiv.
Calculul p lanului producției de piese:
Npp = N p*n+N r+N rc+N ri = 10000*1+0+1 000+100 = 11100 carcase/an (6.2)
Np – planul de producție pentru produsul respectiv: N p=100 00 autovehicule/an;
n – numărul de piese de același tip de produs: n=1 carcase de autovehicul;
Nr – numărul de piese de rezervă, liv rate odată cu produsul: N r=0;
Nrc – numărul de piese de rezervă livrate la cerere (pentru reparații): N rc=1000 carcase;
Nri – numărul de piese rebutate la prelucrare din cauze inevitabile: N ri=100 carcase.

Calculul ritmului și pro ductivității liniei tehnologice
Ritmul liniei tehnologice R λ
Rλ = F r*60/N pp = 1877 *60/11100 = 10.14 min/piesă (6.3)
Productivitatea liniei tehnologice repr ezintă inversul ritmului liniei
Qλ = N pp/ Fr= 60/R λ = 5.91 piese/oră (6.4)

73
6.3 Aleg erea variantei optime a procedeului de obținere a semifabricatului

6.3.1 Alegerea metodei pentru obtinerea semifabricatului

Pentru a avea un ritm bun si eficient de realizare a semifabricatului și ținând cont de
proprietățile materialului ales, pentru obinerea semifabricatului se alege varianta de
turnare în forme. Este un procedeu simplu, ce nu implică costuri ridicare și se f olosește
de forta gravitațională a aluminiului topit.

Tabelul 6.3. Fișa film
Nr.
crt. Denumirea
operației Schița operației Mașină
unealtă SDV
1 Turnarea
semifabricatului
Mașină de
turnare
3 Strunjirea
suprafețelor
exterioare
Strung Cuțit de
strung
4 Frezarea
găurilor filetate
Mașină de
frezat Freză

74
6.3.2. Metode folosite pentru fixarea și orientarea pieselor

Sculele și dispozitivele de verificare (SDV -urile) sunt elementele ce etichetează o
piesă ca fiind conformă sau nu.
Astfel, pentru a avea o precizie cât mai apropiată de maxim și ținându -se cont de
faptul că subansamblul de proiectat nu va avea un rol activ, se indică folosirea SDV –
urilor de calitate și precizie cel putin medie.

Tabelul 6.7. Lista de SDV -uri alese
Nr.
crt. Denumirea
operației Scule Dispozitive Verificatoare
1 Strunjire
frontală
Cuțit frontal
Cuțit drept lateral
Cuțit profilat Universal Șubler –
precizie 0.02
mm

2 Frezare -Freză frontală
-Freză conică Dispozitiv de fixare
și deplasare , acționat
hidraulic/electric Șubler –
precizie 0.02
mm

3 Rectificare de
finisare Piatră de rectificat Dispozitiv de fixare
și deplasare , acționat
hidraulic/electric Șubler –
precizie 0.02
mm

75
Tabel 1.1. Parametri cons tructivi ai modelelor similar alese …….………… ……… …………. 8
Tabel 1.2. Parametri dimens ionali ai modelelor similare alese ……………. ………………… 9
Tabel 1.3. Parametri masici ai modelelor similare alese ……… …… …..…..…………………. 9
Tabel 1.4. Parametri energetici ai modelelor similare a lese …..……… …..………………….. 10
Tabel 1.5 Pasul intervalelor și numărul acestora pentru fiecare mărime analizată ………….. 11
Tabel 1.6.Centralizarea parametrilor dimensionali aleși …………………… …..……………. 15
Tabel 1.7 Dimensiuni standard manechin ………… ….……………………………………… 19
Tabel 1.8 Unghiurile ce determină nivelele de confort ……………… ….…………………… 20
Tabel 1.9 Centralizarea maselor componentelor caroseriei ……………… ….……………….. 21
Tabel 1.10 Centralizarea centrelor de masă ale fiecărui subansamblu al caroseriei …………. 22
Tabel 1.11 Centralizarea maselor ansamblelor autovehicului ………………………… ……..23
Tabel 1.12 Centralizarea centrelor de masă ale fiecarui subsistem al autovehiculului ………24
Tabel 2.1. Centralizarea tipurilor de baterii de acumulatoare folosite în domeniul AUTO …..29
Tabelul 2.2 Avantaje/Dezavantaje diferite arhitecturi constructive ……………………… …..38
Tabel 3.1. Coeficienți de influență ai rezistenței la rulare ……… …………………………… 40
Tabel 3.2. Valori coeficient de rezistență la rulare pentru un pneu radial de secțiune joasă …41
Tabel 3.3. Valori coeficient de rezistență la rulare în functie de viteza autovehiculului …..…42
Tabel 3.4. Valorile rezistenței aerului în funcție de viteza autovehiculului ………… ………..43
Tabelul 3.5 Valorile puterii de învingere a rezistentei la rulare în funcție de
viteza autovehiculului …………………………………………………………………… ……44
Tabelul 3.6. Valoarea puterii de învingere a rezistenței aerului în funcție de
viteza autovehiculului ………………………… ….………………………………………….. 44
Tabel 3.7. Valorile centralizate ale rezistențelor l a înaintare și ale puterilor necesare aferente, în
funcție de viteza autovehicului (rulare în palier) …………………………………………….. 44
Tabel 3.8. Valorile centralizate ale rezistențelor la înaintare și ale puterilor necesare aferente, în
funcție de viteza autovehiculu i (rulare in rampă) …… ………………………………………. 46
Tabel 3.9 Specificații tehnice ale bateriei de acumulatoare …….…………………………….. 50
Tabelul 6.3. Fișa film …………………………………………… …………………………… 73
Tabelul 6.7. Lista de SDV -uri alese ……………………………… ..………………………… 74

76
Fig.1 Smog fotochimic, Beijing, China ………………………………… .…………………….6
Figura 1.1. Distribuția lungimii modelelor similare alese …………… ………………………12
Figura 1.2. Distribuția lățimii modelelor similare alese ……………… ………………………12
Figura 1.3. Distribuția înălțimii modelelor similare alese …………. …………………………13
Figura 1.4. Distribuția ampatamentului modelelor similare alese ……… .……………………13
Figura 1.5. Distribuția ecartamentelor față ale modelelor similare alese …..…………………14
Figura 1.6. Distribuția ecartamentelor spate ale modelelor similare a lese…… ……………….14
Figura 1.7. Distribuția gărzii la sol a modelelor similare alese ………………… ..……………15
Figura 1.8. Distribuția maselor proprii ale modelelor similare alese …………… ….…………16
Figura 1.9. Distribuția sarcinii utile a modelelor similare alese ………………………… …….16
Figura 1.10. Distribuția autonomiei modelelor similare alese …………………………………17
Figura 1.11. Distribuția puteri maxime a modelelor similare alese ……………….. …………..18
Figura 1.12. Distribuția vitezei maxime a modelelor similare alese ……………… ……………18
Figura 1.1 3. Distribuția cuplului maxim al modelelor similare alese …………………. ……..….19
Figura 1.14 Modelul manechinului articulat …………………………………………… ..…….20
Figura 1.15 Unghiurile nivelelor de confort ………………………………………… ..………..21
Figura 1.14 Schema de organizare generală a autovehiculului ……………………… .………..23
Fig.2.1. Baterie Acid cu Plumb ……………………………………………………… ………….30
Fig.2.2. Celula NiMH …………………………………………………………………… ….…..31
Fig.2.3. Celula LiFePO4 ……………………………………………………………… ………… 32
Fig.2.4. Celula Li -ion…………………………………………………………………… …… ….33
Fig.2.5. Celulă Li -Polimer …………………………………………… ………… ……………….34
Figura.2.6. Arhitectură funcțională a unui sistem de propulsie electric ……… ……. ………….35
Fig. 2.7 Arhitectură module CAN paralel independente …………………………… ………….36
Fig. 2.8 Arhitectură module paralele cu ieșire CAN …………………………………… ….……36
Fig. 2.9 Arhitectură modul de monitorizare cu ieșire CAN ……… …………………………….37
Fig. 2.10 Arhitectură module în serie cu iesire CAN …………… ………. ……………………..37
Fig.3.1. Reprezentarea grafică a variației coeficientului de rez istență la rulare
în funcț ie de viteză……………………………………………………… ……….. ……………..41
Fig.3.2. Rezistențele la înaintare ale unui autovehicul …………………………… …….. ……..42
Fig. 3.3. Distribuția valorilor rezistențelor la înaintare în funcție de viteză ,
la deplasarea în palier ………………… ……………………………………………… ………… 45
Fig. 3.4 Distribuția valorilor puterilor necesare învingerii rezistențelor la înaintare, în funcție de
viteză la deplasarea în palier ………… ……….. ………………………………………………..45
Fig. 3.5. Distribuția rezistențelor la înaintare, în func ție de viteză, la deplasarea în rampă ……46
Fig. 3.6. Distribuția puterilor necesare învingerii rezistențelor la înaintare, în funcție de viteză, la
deplasarea în rampă ……………………………………………………………… ……………. 47
Fig. 4.1 Circuitul termic echivalent simplificat ………………… ……………………………… 52
Fig. 4.2 Transferul de căldură pentru o celulă …………………… ……………………………. 53
Fig. 4.3 Interpretare geometrică a izolației dintre celule (vedere de sus) …………………… …53
Fig. 4.4 Modul de baterii ………………… …………………………………………………….. 54
Fig. 4.5 Sistem modular …………………………… …………………………………………………….. 54
Fig. 5.1. Submodelul conducătorului autovehiculului ………………………… ………………. 60
Figura 5.2. Submodelul autovehiculului …………………………… ………………………….. 60
Figura 5.3. Submodelul bateriei de acumulatoare ………………………… …………………… 60
Figura 5.4. Submodelul unității electron ice pentru managementul bateriei ………… …………. 61
Figura 5.5. Submodelul unității electronice de control ……………………………… ………… 61
Figura 5.6. Submodelul mașinii electrice ………………………………… …………………….. 61
Figura 5.7. Submodelul reductorului ………………………… ………………………………… 62

77
Figura 5.8. Modelul virtual al autovehiculului electric de proiectat ………………… …………. 62
Figura 5.9. Ciclul de Conducere European utilizat în present………………… ………………… 63
Figura 5.10. Parcurgerea ciclului de cond ucere ……………………………… …………………. 63
Figura 5.11. Variația intensității și a tensiunii curentului pe durata ciclului de conducere ……..64
Figura 5.12. Variația stării de încărcare pe durata ciclului de conducere …………… …………. 64
Figura 5.13. Parcurgerea ciclului de cond ucere …………………………… …………………… 65
Figura 5.16. Parcurgerea ciclului de conducere …………………………… …………………… .65
Figura 5.17. Variația intensității curentului pe durata ciclului de conducere ………………… …66
Figura 5.18. Variația tensiunii pe durata ciclului de conducere ……………… ……………… 67
Figura 6.1. Carcasa superioară ……………………………… …………………………………. 67
Figura 6.2. Proiectare asistată de calculator ………………… …………………………………. 70
Figura 6.3. Carcasa bateriei de acumulatoare ……… ………………………………………….. 70
.

78
Refe rințe bibliografice
1. Bazele Ingineriei Autovehiculelor Rutiere.
http://franciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/bazele_ingineriei_autovehiculelo
r_rutiere.pdf. [Interactiv]
2. Valerian, Sl. Dr. Ing. Croitorescu. Curs Sisteme de Propuls ie Hibride Pentru Autovehicule.
3. Sources, Journal of Power. The International Journal on the Science and Technology of
Electrochemical Energy Systems.
4. https://schoolworkhelper.net/the -lead -acid -car-battery/. [Interactiv]
5. http://www.progenyintl.com/powersonic.php. [Interactiv]
6. https://www.pinterest.co.uk/pin/637259415993085452/. [Interactiv]
7. https://www.fmanet.org/blog/2010/10/01/lowering -costs -lithium -ion-batteries -ev-power –
trains. [Interactiv]
8. https://www.q uora.com/What -is-the-basic -construction -of-a-lithium -polymer -LiPo -battery.
[Interactiv]
9. https://elektronikab2b.pl/technika/34514 -akumulatorowe -zasilanie -urzadzen –
samochodowych#.WzpDHdIzbIU. [Interactiv]
10. BATTERY MANAGEMENT ARCHITECTURES FOR HYBRID/ ELECTRIC VEHICLES.
11. DESIGN, ELECTRONIC PRODUCT. BATTERY MANAGEMENT ARCHITECTURES FOR
HYBRID/ELECTRIC VEHICLES.
12. Cristian, Prof. Dr. Ing. Andreescu. Curs Dinamica Autovehiculelor.
13. Grigore, Prof. Dr. Ing. Danciu. Curd Sisteme electrice de propul sie.
14. Valerian, Croitorescu. Sisteme de Propulsie hibride pentru autovehicule. s.l. : Editura
Politehnica Press, 2016.
15. Valerian, Sl. Dr. Ing Croitorescu. Modelarea si simularea sistemelor de propulsie pentru
automobile. Bucuresti : Editura Politehn ica Press, 2016.
16. Ștefan, Voloacă. „Tehnologia de fabricare a sistemelor de propulsie”, Notițe de curs,
Universitatea Politehnica din București, 2017.