Electric propulsion system in a modern sports car

In this thesis an electric propulsion system is designed on a device level using Cadence ORCAD. The vehicle belongs to the Helsinki Metropolia University of Applied Sci-ences and it is to compete in the Automotive X-Prize competition held in the USA. In this thesis the electric propulsion system and related electric safety measures are designed. Also electro-magnetic compatibility and interferences present in the system are examined by examining the birth mechanisms and transmission paths of interference. Per device effects of interference and solutions to minimize them were examined and proposed. Suitability of permanent magnet synchronous machines for passenger vehicle use was examined by examining the torque production capability of the motor and the torque requirements of the vehicle. Also a short overview of history of electric vehicles is given.

Akku ja vetypolttokenno sähköauton voimanlähteenä

Tässä kandidaatintyössä on käsitelty akkuja ja vetypolttokennoja sähköauton voimanlähteenä. Työssä on esitelty sähköautojen ja niiden voimanlähteiden teknologioiden periaatteita, energiankantajia, hyötysuhteita ja päästöjä. Lisäksi on tarkasteltu polttomoottorikäyttöisiä autotekniikoita vertailukohdan saamiseksi. Työn lopuksi on analysoitu sähköautojen markkinoita ja niiden yleistymiseen vaikuttavia tekijöitä. Sähköautot mahdollistavat vaihtoehtoisten energialähteiden käytön, joka antaa tilaisuuden saasteiden ja päästöjen keskitettyyn vähentämiseen ja talteenottoon. Niiden avulla päästään myös pois öljyriippuvuudesta ja paikallisesti aiheutuneista päästöistä. Nykyisten polttoaineiden helpon käsiteltävyyden, kohtuullisien energiatiheyksien ja laajojen infrastruktuurien vuoksi käytössä olevien tekniikoiden syrjäyttäminen on vaikeaa. Uusien tekniikoiden etuja ja haittoja voidaan tarkastella yksinkertaisilla metodeilla, kuten kustannusten, hyötysuhteiden, päästöjen ja polttoaineiden elinkaarien vertailulla. Vertailua vaikeuttaa tosin hintatasojen ja verotuksen eroavaisuudet eri maissa, ja se on siksi suoritettava osin maakohtaisesti. Suurimpia esteitä uusille tekniikoille ovat tällä hetkellä niiden tuomat lisäkustannukset, infrastruktuurien puuttuminen ja nykyisten polttoaineiden korvaaminen toisella.

Rakennustarkastuksen mobiilityökalun suunnittelu ja toteuttaminen

Rakennusteollisuuden prosessit ovat vielä usein paperipohjaisia, mikä aiheuttaa työmaiden luonteesta johtuen tiedon hajaantumista, hidastaa tiedon siirtymistä ja vaikeuttaa tiedon käsittelyä. Työmaiden väliaikaisilla konttoreilla tiedon määrä voi nousta hallitsemattoman suureksi, mikä haittaa ja hidastaa työnjohdon päätöksentekoa. Käyttämällä sähköisiä työkaluja tiedon keräämistä, keskittämistä ja siirtoa voidaan tehostaa. Projektin tavoitteeksi otettiin teollisuuden laadunvalvonnan tarkastusprosessin tehostaminen ajallisesti käyttämällä tarkastustyöhön sähköistä tarkastuspöytäkirjaa. Tätä varten suunniteltiin sähköinen tarkastusjärjestelmä, joka koostuu kolmesta erillisestä osasta: Tarkastajan mukana kulkeva mobiililaite, jolle tallennetaan suoraan tarkastuksen laatutietoa, palvelinkone avustamaan tiedonsiirrossa ja –varastoinnissa sekä työpöytäsovellus työnjohdon tarpeisiin. Järjestelmää testattiin sähköalan asennuksia tekevässä yrityksessä osana yrityksen normaalia tarkastustyötä. Verrattuna paperiseen pöytäkirjaan sähköinen tarkastusjärjestelmä nopeutti prosessia moninkertaisesti. Nopeustesteissä havaittiin kuitenkin, että valittu tiedon synkronointikirjasto oli järjestelmän tarpeisiin liian hidas. Järjestelmä saavutti sille asetetut tavoitteet tehostamalla prosessia ajallisesti, mutta järjestelmässä on vielä osa-alueita, jotka tarvitsevat jatkokehittämistä.

Design of salient pole PM synchronous machines for a vehicle traction application – Analysis and

This doctoral thesis presents a study on the development of a liquid-cooled frame salient pole permanent-magnet-exited traction machine for a four-wheel-driven electric car. The emphasis of the thesis is put on a radial flux machine design in order to achieve a light-weight machine structure for traction applications. The design features combine electromagnetic and thermal design methods, because traction machine operation does not have a strict operating point. Arbitrary load cycles and the flexible supply require special attention in the design process. It is shown that accurate modelling of the machine magnetic state is essential for high-performance operation. The saturation effect related to the cross-saturation has to be taken carefully into account in order to achieve the desired operation. Two prototype machines have been designed and built for testing: one totally enclosed machine with a special magnet module pole arrangement and another through-ventilated machine with a more traditional embedded magnet structure. Both structures are built with magnetically salient structures in order to increase the torque production capability with the reluctance torque component. Both machine structures show potential for traction usage. However, the traditional embedded magnet design turns out to be mechanically the more secure one of these two machine options.

Ohjekirja Essex Super Six

kuv., 14 x 22 cm

Konversiosähköauton mitoitussuunnitelma

Sähköautojen tulemista on odotettu jo pitkään ja ne ovat potentiaalisia fossiilisilla polttoaineilla toimivien polttomoottoreiden korvaajia. Hybridiautoja on tullut markkinoille entistä enemmän ja ne osaltaan auttavat vähentämään fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Sähköautot ovat toistaiseksi jääneet taka-alalle. Tässä työssä on tehty konversiosähköauton mitoitussuunnitelma museoikäiseen autoon. Työssä on mitoitettu kolme sähköisen voimansiirron pääkomponenttia sähkömoottori, taajuudenmuuttaja ja akusto. Mitoitussuunnitelma toimii hyvänä pohjana, jonka avulla konversiota voidaan alkaa rakentamaan.

Kestomagneettiavusteisen synkronireluktanssikoneen soveltuvuus autokäyttöihin

Työn tavoitteena on tehdä kirjallisuuskatsaus kestomagneettiavusteisesta synkronireluktanssikoneesta ja tarkastella sen soveltuvuutta sähköauton voimantuottoon. Lisäksi työssä tehdään katsaus tämänhetkisiin sähköautoihin ja niissä esiintyviin koneratkaisuihin ja esitetään esimerkkilaskelma moottorin voimantarpeesta auton eri toiminta-alueilla. Tarkasteluissa selvisi, että kestomagneettiavusteinen synkronireluktanssikone on varteenotettava moottoriratkaisu sähköautoissa. Tämänhetkisissä sähköautoissa pääosin esiintyviin epätahtikoneeseen ja kestomagneettitahtikoneeseen verrattuna kestomagneettiavusteisella synkronireluktanssikoneella on muutamia ominaisuuksia, jotka autokäytössä ovat erityisesti sen vahvuuksia. Epätahtikoneeseen verrattuna kestomagneettiavusteisella synkronireluktanssikoneella on etuina huomattavasti pienempi paino ja synkronisuus ja kestomagneettitahtikoneeseen verrattuna sillä on paremmat kentänheikennysominaisuudet ja näin laajempi nopeusalue käytettävissä.

Direct-Driven Interior Magnet Permanent Magnet Synchronous Motors for a Full Electric Sports Car

The design process of direct-driven permanent magnet synchronous machines (PMSMs) for a full electric 4 ´ 4 sports car is presented. The rotor structure of the machine consists of two permanent magnet layers embedded inside the rotor laminations thus resulting in some inverse saliency, where the q-axis inductance is larger than the d-axis one. An integer slot stator winding was selected to fully take advantage of the additional reluctance torque. The performance characteristics of the designed PMSMs were calculated by applying a twodimensional finite element method. Cross-saturation between the d- and q-axes was taken into account in the calculation of the synchronous inductances. The calculation results are validated by measurements.

Maintenance and construction outsourcing in a public-owned electricity network company

Euroopan sähkösektori on ollut viimeisen vuosikymmenen suurten mullistusten kourissa. Sähkömarkkinoiden avautumisen jälkeen monopoliliiketoimintaa harjoittavien sähköyhtiöiden on ollut pakko parantaa tuottavuuttaan. Ratkaisuksi tähän on etsitty apua huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamisella. Ulkoistaminen on kuitenkin uusi menetelmä tällä sektorilla. Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää syyt, jotka tanskalaisella sähköverkkoyhtiöllä oli huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen, sekä löytää siitä saatavat hyödyt ja siihen sisältyvät riskit. Tutkimus suoritetaan käyttäen apuna kirjallisuutta, saatavilla olevia due diligence-, sekä muita raportteja ja analyysejä, sekä tapausta koskettavien tahojen haastatteluja.Lisäksi sähköverkkoalan asiantuntijoiden kanssa käytyjä konsultointia käytetäänselvitykseen. Tutkimus osoittaa, että perimmäiset ajurit huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen tulivat lainmuutosten ja vapautuneiden sähkömarkkinoiden asettamista paineista. Kunnallisessa organisaatiossa parantaa tehokkuutta ulkoistamalla jotain toimintoja yksityisomisteiselle palvelun tuottajalle. Muut ulkoistamisesta odotetut hyödyt olivat alentuneet kustannukset, virtaviivaisempi organisaation ja sähköverkkoyhtiön tehottomista osista eroon pääseminen ennen sen myymistä.

Marketing Plan of Electric Vehicle Charging Solutions to USA

The purpose of the Thesis was to evaluate the business environment of electrical vehicle charging equipment (EVSE) in USA, find the key issues of entering the US EVSE markets and to form a marketing plan for possible market entry. The external market research analyzed the environment, customers, competitors and demand of EVSEs. In the internal analysis the focus was on resources and capabilities, offering, performance, business relations and US related issues. The research about the business environment was done using already available information from market studies and seminars. In external analysis there were also two semi-structured interviews from market experts used. The internal analysis was done mostly by interviews, but also company’s internal data sources were used. The interviews were semi-constructed and included eight interviewees from each part of EVSE value chain. The research findings were analyzed using SWOT analysis, which was converted to a so called TOWS matrix for extracting strategies. As a result of the Thesis, valuable information about the US markets and their requirements for EVSEs was gained. By matching the strengths of the case company and market requirements, customer segmentation and targeting were done and a marketing plan was constructed for the case company to help their management to evaluate the feasibility of possible market entry and investments to USA.

Design and Control of Permanent Magnet Synchronous Machine for Hybrid Electric Vehicle

This master’s thesis mainly focuses on the design requirements of an Electric drive for Hybrid car application and its control strategy to achieve a wide speed range. It also emphasises how the control and performance requirements are transformed into its design variables. A parallel hybrid topology is considered where an IC engine and an electric drive share a common crank shaft. A permanent magnet synchronous machine (PMSM) is used as an electric drive machine. Performance requirements are converted into Machine design variables using the vector model of PMSM. Main dimensions of the machine are arrived using analytical approach and Finite Element Analysis (FEA) is used to verify the design and performance. Vector control algorithm was used to control the machine. The control algorithm was tested in a low power PMSM using an embedded controller. A prototype of 10 kW PMSM was built according to the design values. The prototype was tested in the laboratory using a high power converter. Tests were carried out to verify different operating modes. The results were in agreement with the calculations.

Process modeling method for electric accessories manufacturing enterprise

The theoretical research of the study focused to business process management and business process modeling, the goal was to found a new business process modeling method for electrical accessories manufacturing enterprise. The focus was to find few options for business process modeling methods where company could have chosen the best one for its needs The study was carried out as a qualitative research with an action study and a case study as the most important ways collect data. In the empirical part of the study examples of company’s processes modeled with the new modeling method and process modeling process are presented. The new way of modeling processes improves especially visual presentation of the processes and improves the understanding how employees should work in the organizational interfaces of the process and in the interfaces between different processes. The results of the study is a new unified way to model company’s processes, which makes it easier to understand and create the process models. This improved readability makes it possible to reduce the costs that were created from the unclear old process models.

POLITICAL RISK IN FOREIGN DIRECT INVESTMENT IN THE RUSSIAN ELECTRIC POWER SECTOR

Russia approved ambitious reform plan for the electricity sector in 2001 including privatisation of the country’s huge thermal generation assets. So far the sector had suffered from power shortages, aging infrastructure, substantial electricity losses, and weak productivity and profitability numbers. There was obvious need for foreign investments and technologies. The reform was rather successful; the generation assets were privatised in auctions in 2007-2008 and three European energy companies, E.On, Enel and Fortum, invested in and obtained together over 10% of the Russian production assets. The novelty of these foreign investments serves unique object for the study. The political risk is involved in the FDI due to the industry’s social and economic importance. The research’s objective was to identify and analyse the political risk that foreign investors face in the Russian electricity sector. The research had qualitative study method and the empirical data was collected by interviewing. The research’s theoretical framework was based on the existing political risk theories and it focused to understand the Russian government in relation to the country’s stability and define both macro-level and micro-level sources of political risk for the foreign direct investments in the sector. The research concludes that the centralised and obscure political decision-making, economic constriction, high level of governmental control in economy and corruption form the country’s internal macro-level risk sources for the foreign investors in the sector. Additionally the retribution due to the companies’ home country actions, possible violent confrontations at the Russian borders and the currency instability are externally originated risk sources. In the electricity industry there is risk of tightened governmental control and increased regulation and taxation. Similarly the company-level risk sources link to the unreformed heating sector, bargaining with the authorities, diplomatic stress between host and home countries and to companies and government’s divergent perspective for the profit-making. The research stresses the foreign companies’ ability to cope with the characteristics of Russian political environment. In addition to frequent political and market risk assessment, the companies need to focus on currency protection against rouble’s rate fluctuation and actively build good company-citizenship in the country. Good relationship is needed with the Russian political authorities. The political risk identification and the research’s conclusive framework also enable political risk study assessments for other industries in Russia

Reuse of electric vehicle battery in uninterruptible power supply

Tässä diplomityössä tarkasteltiin Nissan Leaf -sähköauton käytetyn litiumakun soveltuvuutta UPS-varavirtalaitteen energialähteeksi. Kun akku on heikentynyt niin ettei sen kapasiteetti enää ole riittävä autokäyttöön, sitä voidaan kuitenkin vielä hyödyntää muissa sovelluksissa, kuten UPS-laitteessa. Työ sai alkunsa osana GreenDataNet-projektia, jossa pyritään kehittämään datakeskuksiin ympäristöä vähemmän kuormittavia ratkaisuja käyttämällä uusiutuvia energialähteitä, akkujen uusiokäytöllä, sekä energianhallinnan optimoinnilla. Työssä käytiin läpi akun ja sen ohjausjärjestelmän ominaisuuksia, kerrottiin UPS:in ohjelmistoon tehdyistä muutoksista sekä esitettiin testitulokset. Lopputuloksena todettiin akun sopivan muuten hyvin UPS-käyttöön, mutta vaadittu päivittäinen kennojännitteiden tasaus ja sen aiheuttama katkos energian saatavuuteen heikentää UPSin käyttövarmuutta kuorman suojauksessa. Lopussa esitettiin muutamia ehdotuksia tämän ongelman korjaamiseksi.