Maketa simulator hibridnog pogona vozila ili plovila

Inovacija se sastoji u izradi makete kao sustava tri električna pogona koji su mehanički spregnuti da bi mogli simulirati različite hibridne pogone vozila i plovila sa mehaničkim i računalnim prikazom tokova energije. Međusobno autonomno upravljani električni pogoni (pogonski sustav motor-generator, gravitacijski sustav, ostali izvori pogona) prema parametrima realnih mehaničkih i električnih varijabli predstavljaju napredni sustav upravljanja, pri čemu su električni motori mehanički spregnuti zajedničkom osovinom da bi se osigurala realnost mehaničke sprege stvarnih sustava, a također su električno povezani da bi se osiguralo različiti modeli tokova električne energije između motora i električne baterije. Maketa simulator može služiti kao napredni simulator u procesu tehnološkog razvoja pogona vozila ili plovila, kao i za edukacijske svrhe upoznavanja sa vrlo različitim sustavima električnih i hibridnih pogona vozila i plovila.

Suvremeni trendovi pogona vozila i plovila usmjeravaju se prema korištenju električne energije kao glavnog izvora energije za pogon iz razloga velike efikasnosti i mogućnosti upravljanja, te mogućnosti rekuperacije kinetičke energije vozila ili plovila. Ako se tome pridodaju trendovi korištenja obnovljivih izvora energije (sunce, vjetar, vodik, geotermalni izvori,..) postoji mnogobrojne mogućnosti kombiniranja izvora i iznosa energije, odnosno mogućnosti pohrane energije korištenjem regenerativnog režima rada električnog pogonskog motora kao generator. Sve prednosti korištenja hibridnih sustava uglavnom se temelje na efikasnom upravljanju tokovima energije koji u pravilu zahtijevaju napredne modele prikupljanja parametara stvarnih uređaja i sklopova, te određivanja realnih parametara upravljanja. Druga bitna karakteristika koju je potrebno optimirati je korištenje sustava u dužem vremenskom periodu (modeliranje trajektorije puta vozila ili plovila s obzirom na terenske uvjete – uzbrdice, morske struje) uz različite vanjske uvjete (vremenski uvjeti, mokra cesta, vjetar, sunce). Treća karakteristika koju treba optimirati je raspoloživost izvora energije (npr. punionice na pumpama ili lukama).
Sve prethodno navedeno treba poslužiti kao ulazni podaci u maketu simulator koja te podatke treba povezati sa različitim dijelovima sustava pogona i provedbu simulacija. Upravljanje svih motora makete osigurano je putem sustava energetske elektronike koji ima mogućnost povezivanja sa računalnim sustavima (npr. MatLab Simulink, Siemens TIA portal) u kojima se mogu vršiti simulacije različitih energetskih sustava vozila i plovila, pripremu i realizaciju signalnih i energetskih tokova prema maketi simulatoru, kao i prikupljanje povratnih signalnih i energetskih informacija, te konačno prilagodbu tih podataka za vizualne prikaze.
Maketa simulator pogonskih sustava vozila i plovila konstrukcijski se sastoji od prostora za tri elektromotora, dijela za energetsku elektroniku i prekidačku tehniku, te dijela za pohranu energije i spremanje vizualnih dijelova makete (monitora) pri transportu.
Sustav tri elektromotora dijeli se na: a) sinkroni motor sa permanentnim magnetima kao najčešći oblik pogona iz razloga velike efikasnosti i mogućnosti upravljanja b) asinkroni motor koji služi za simuliranje gravitacijskih sila (kretanje vozila uzbrdo i nizbrdo, kretanje plovila u vodenoj struji) c) asinkroni motor koji služi za simuliranje vanjskih pogonskih sila (sile motora sa unutrašnjim sagorijevanje, plinske i parne turbine, jedra broda, sile vjetra tijekom vožnje).
Da bi se smanjila potreba za velikim spremnikom električne energije osigurano je da se električnim putem dio energije koje pogonski motor troši vraća u sustav putem dva asinkrona motora koji rade u kočionom režimu i mehaničku energiju pogona pretvaraju u električnu energiju. Ovdje je moguće osigurati različite realne scenarije. Kod plovila to može biti primjer plovidba jedrenjaka na pogon vjetra i povrat energije rekuperacije korištenjem propelera kao hidro turbina te usporenje uslijed otpora vode uslijed plovidbe u morskoj struji. Kod vozila to može biti scenarij vožnje vozila sa serijskim hibridnim električnim pogonom koje vozi na uzbrdici po mokroj cesti uz vjetar u leđa vozila. Ovdje je uobičajen zahtjev izračuna potrebne energije i kapaciteta baterije odnosno potrebne izlazne i ulazne snage jer cijeli sustav ima čak sedam različitih režima vožnje koji treba usuglasiti sa terenskim različitostima terena i vremenskim uvjetima.
Edukacijska mogućnost same makete simulatora je vrlo široka jer osigurava više razina simulacija (jednostavno ubrzavanja, vožnja konstantnom brzinom,…potrošnja stajanja vozila u mjestu, mogućnost punjenja baterija dok je brod usidren na riječnoj struji) koja se može kombinirati sa različitim računalnim sustavima koji postoje na tržištu za simulaciju i vizualizaciju kretanja vozila ili povila čime se osigurava multi fizikalna predodžba tokova energije.
Maketa simulator sastavljena je od uobičajenih industrijski dostupnih elemenata koji se koriste i u drugim vrstama industrijskih postrojenja te u tom pogledu je relativno pristupačna konačna cijena izrade, jednostavno održavanje i dostupnost rezervnih dijelova.

Maketa simulator razvijena je u sklopu istraživanja provedenih u sklopu projekta “Razvoj putničkog jedrenjaka s nultom emisijom ispušnih plinova” financiranog iz sredstava Europski strukturni i investicijski fondovi, poziv Povećanje razvoja novih proizvoda i usluga koji proizlaze iz aktivnosti istraživanja i razvoja – faza II (KK.01.2.1.02.0127)