| dc.description.abstract | Denne oppgaven er et utredningsprosjekt der det er ønskelig å vurdere mulighetene for utvikling av en elektrisk-hybrid snøscooter. Bakgrunnen for prosjektet, Roskva Snow, er prosjektet Roskva Electric. Roskva Electric er et stort prosjekt sammensatt av 5 mastergradsoppgaver fra 2012 ved Instituttet for matematiske realfag og teknologi ved UMB (nå NMBU). Roskva Electric ble et svært vellykket prosjekt, der et totalkonsept for en elektrisk motorsykkel ble utviklet, og en prototype ble bygget.
Målet med oppgaven er å finne et originalt og passende konsept, samt å legge grunnlaget for videre utvikling og bygging av en elektrisk-hybrid snøscooter, som kan være et godt alternativ til konvensjonelle snøscootere med forbrenningsmotor. Det er viktig å kartlegge de gode og dårlige egenskapene til elektriske kjøretøyer. Dette gir et grunnlag for å kunne ta gode valg når det kommer til hvilke snøscootertype som skal benyttes, og hvilke løsningsalternativer og løsningselementer som er de beste.
Det stadig økende fokus på miljø og forurensning gjør at elektrisk drevne kjøretøyer blir mer og mer aktuelle. Utfordringen med fullelektriske kjøretøyer er energilagrinskapasiteten, noe som gir begrenset kjørelengde. Det ble derfor tidlig klart i planleggingsfasen at for å øke fleksibiliteten til kjøretøyet var det ønskelig å introdusere et hybridkonsept. Det ble samtidig klart at den ideelle snøscooter modellen for å inkludere en elektrisk-hybrid løsning i, var en touringsscooter.
Hybridsystemet som ble valgt var et seriehybridsystem. Det innebærer at elektromotorene driver snøscooteren fremover fra energi de først og fremst får fra batteriene. Hjelpemotoren vil lade batteriene, men kan også gi energi direkte til motorene dersom batteriene ikke skulle klare å levere nok.
I utredningsfasen falt valget av energilager på Li-ion batterier. Dette åpnet for muligheten til å bruke drivlinjen til Roskva Electric som grunnlag, under forutsetning av at motorene kunne levere nok kraft. Motorene ble derfor sammenlignet med motoren i referansesnøscooteren, og konklusjonen var at to motorer av typen D135RAGS levert fra Lynch Motor Company skulle klare å levere 96 hk og 168 Nm i dreiemoment, noe som er rikelig med kraft.
En vurdering av at man kunne doble batterimengden fra Roskva Electric ble tatt siden en snøscooter har mer lagringskapasitet enn en motorsykkel. Dette ga en total batterikapasitet på ca. 7 kWt og en samlet vekt på batteripakkene på omtent 45 kg.
Å bygge opp hjelpemotoren i hybridsystemet fra grunnen av vil være veldig tidkrevende, og man vil mest sannsynlig ikke få et nøyaktig tall hvor mye elektrisk energi den kan levere. En bra løsning vil være å bruke aggregater. Aggregatene blir oppgitt med en rekke tekniske spesifikasjoner fra leverandør. De viktigste er vekt, størrelse på tank og ytre mål (lengde, bredde og høyde). To aggregater fra produsenten Kipor ble vurdert, begge var innenfor kravspesifikasjonen for ytre mål, det minste veide 14 kg og kunne tilføre en effekt på 3,6 kWt, det største veide 24 kg og kunne tilføre 6,4 kWt.
En kort utredning av hensiktsmessig plassering av komponentene konkluderte med at motorene skulle drive beltet direkte, altså uten noen form for girkasser og utvekslings-forhold, noe som ville minimere friksjon og effekttap. Den eneste måten å kunne justere hastigheten på beltet i forhold til motorhastighet, ble å justere størrelsen på tannhjulet som driver beltet. Det ble så bestemt at aggregatet skulle plasseres lengst bak på snøscooterne og batteriene plasseres under setet, på midten der bensintanken er plassert på konvensjonelle snøscootere, og i front.
Resultatet var en drivlinje med totalvekt på i underkant av 100 kg, som ville gi en snøscooter med en antatt totalvekt på 350 kg inklusive sjåfør og med en rekkevidde på 11 mil ved bruk av det største aggregatet, og 4,4 mil ved ren batteridrift. Det ble her tydelig hvor viktig hybridløsningen ble for å oppnå en god rekkevidde.
Til slutt ble det gjennomført en designutredning for å illustrere hvordan en ombygget konvensjonell snøscooter vil kunne se ut, samt plassering av komponentene. En skissering av et fremtidsrettet design ble også gjort.
Abstract
This thesis is a research project in which it is desirable to assess the feasibility of developing a electric-hybrid snowmobile. The background to the project, Roskva Snow, is the project Roskva Electric. Roskva Electric is a large project and consists of five master's theses from 2012 at the Institute of Mathematical Engineering and Technology at UMB (now NMBU). Roskva Electric was a very successful project, where a concept for an electric motorcycle was developed and a prototype was built.
The aim of this thesis is to find an original and appropriate concept and to lay the foundation for further development and construction of an electric-hybrid snowmobile, which can be a good alternative to conventional snowmobiles with combustion engine. It is important to identify the good and the bad features of electric vehicles. By doing this the choices made regarding witch snowmobile type to use and the different solutions to integrate will be clearer.
There is an increasing focus on the environment and pollution, making the vehicles of this type more and more relevant. The problem with all-electric vehicles is the energy storage capacity, giving limited mileage. It was therefore clear that, in order to increase the flexibility of the vehicle it was desirable to introduce a hybrid concept, and that the ideal snowmobile model to include an electric - hybrid solution in, was a touring scooter.
The hybrid system chosen was a series hybrid system. This means that the electric motors driving the snowmobile forward will primarily get the energy from batteries. The buffer engine will recharge the batteries but also provide power directly to the motors if the batteries would not be able to deliver enough.
Furthermore, in the study phase it was cleared that the primary energy source would be Li-ion batteries. This opened for the possibility to use the driveline from Roskva Electric. But this required that the engines could deliver enough power. The engines were therefore compared with the engine in the reference snowmobile, and the conclusion was that the two engines of the type D135RAGS delivered from Lynch Motor Company, would be able to deliver 96 hp. and 168 Nm of torque, which is plenty of power.
An assumption that one could double the amount of batteries from Roskva Electric was taken, as a snowmobile has more storage capacity than a motorcycle. This gave a total battery capacity of approx. 7kWt and a total weight of battery the packs of approx. 45 kg.
When it came to the buffer motor in the hybrid system it would be a time-consuming process to build this from scratch, and you would probably not get an accurate figure of how much electrical energy it would actually deliver. The solution was to use aggregates. The units are available with various technical specifications from the production company, the most important ones is the weight, the size of the tank and the outer dimensions as length, width and height. Two units from the manufacturer Kipor were studied, both were within the specifications for external dimensions, the smallest weighed 14 kg and could provide a power of 3.6 kWh, the largest weighing 24 kg and could provide 6.4 kWh.
A brief study of the appropriate placement of components concluded that the engines would drive the belt directly, this meant without any gearing, which would lead to less loss of energy due to friction. By doing this the only way to adjust the speed of the belt in relation to engine speed, was then to adjust the size of the sprocket that drives the belt. Furthermore it was decided that the aggregate should be positioned at the rear of the sleds and batteries should be placed under the seat, in the middle where the gas tank is on conventional snowmobiles, and in the front.
The result was a power plant with a total weight of just under 100 kg, and the ability to give a snowmobile with a total weight of 350 kg included driver, a range of approx. 110 km using the biggest aggregate, and approx. 44 km by pure battery power. It was here clearly shown how important the hybrid solution was to get a good range on the snowmobile.
Finally, a design study was carried out to illustrate how a modified conventional snowmobile could look like, as well as the placement of the components. A sketch of how a future-oriented design could look like was also made. | nb_NO |
