Электромобиль с комбинированной энергетической установкой, включающей солнечную батарею (1095155), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Исследовательские работы по созданию электромобиля вРоссииосуществляютсяврамкахГНТПМиннаукиРФ"Высокоскоростной экологически чистый транспорт", индивидуальныхпрограмм ГНЦ РФ НАМИ, ОАО "АвтоВАЗ", ГНПП "Квант", НИИ"Автоэлектроннка", МАМИ, МАДИ и др.В современных ЭМ в качестве источника электрической энергииприменяются ТАБ, ЕНЭ, СБ, электрохимические генераторы (ЭХГ). Каждый из этих источников по своим энергетическим характеристикам неь'южет пока быть сравним с ДВС.
Поэтому в мире проводятся широкиеисследования по созданию Ю У ЭМ, объединяющих источники электрической энергии различной физической природы. В практике электромобилестроения реализованы варианты компоновки источников энергии всоставе КЭУ ЭМ, показанные на рис. I пунктирными линиями.ДВСКЭУ1Рис. 1.Использование на борту двух источников энергии - ДВС и ТАБ(КЭУ-V) обеспечивает: - уменьшение расхода жидкого топлива; - использование ДВС меньшей мощности (на 25-50 %), повышение коэффициентаиспользования его мощности и реализации наиболее экономичных режимов работы ДВС; - снижение количества выбрасываемых в атмосферутоксичных веществ; - возможность аккумулировать рекуперируемуюэнергию при торможении автомобиля, а также при движении на крутых изатяжных спусках; - реализацию высоких динамических показателей автомобиля при использовании бесступенчатой или малоступенчатон системы привода ВК.
По сравнению с "чистыми" электромобилями автомобили с КЭУ-V имеют больший запас хода, что расширяет возможнуюсферу их применения.Процесс прямого преобразования химической энергии в электрическую в ЭХГ более чем в два раза эффективнее сжигания топлива в ДВС.Поэтому КЭУ-V'I, содержащая ТАБ и ЭХГ, обеспечивает городскому ЭМполную экологическ^то чистоту; высокую yдeльн}^o энергоемкость; малуюшумность; незначительное время на восполнение запаса энергии; топливную (энергетическую) инфраструктуру, сходную с существующей для автомобилей на газе; - ориентацию ЭМ на топливо будущего - водород.Емкостные накопители энергии в транспортных средствах могутприменяться не только в системах электростартерного пуска ДВС, но и вкачестве тягового источника тока.
Такие преимущества ЕНЭ, как возможность быстрой зарядки, повышение КПД, большой ресурс, отсутствиегазо- и пеновыделений при зарядке и разрядке, низкая склонность к саморазряду создают реальную возможность для использования КЭУ-1 всоставе ТАБ и ЕНЭ в качестве источников энергии на ЭМ. ЕНЭ в ЭМдолжен брать на себя основную нагрузку в начальной стадии пуска, восстанавливать свой заряд' за счет рекуперативного торможения, способствовать повышению срока службы ТАБ.Солнечные батареи уже применяются на ТС. Энергию СБ в составеКЭУ-П, включающей ТАБ и СБ, чаще используют в приводе ЭМ для подзарядки ТАБ.В ЭМ с КЭУ применяются двигатели постоянного тока независимого или последовательного возбуждения с импульсным регулированиемпри помощи статических преобразователей постоянного тока.Современные системы импульсного регулирования в тяговых электроприводах могут уменьшить пульсацнонные и коммутационные потернэнергии в силовых агрегатах за счет ограничения зоны действия импульсного регулятора путем увеличения коэффициента кратности по скорости,сочетания секционирования батарей с импульсной модуляцией, сокращения времени работы бортовых вентильных преобразователей и т.п.Выполненный аналитический обзор современного состояния электромобилестроения, тенденций развития бортовых источников энергии исоздания на их основе комбинированных источников 3HepniH, а такжесовременных импульсных систем управления и регулирования позволилсформулировать цели и задачи диссертационной работы, отмеченныевыше.Вторая глава посвящена исследованию СБ как перспективного источника энергии для ТС и разработке математической модели СБ, работающей в составе КЭУ.
Анализ теоретических исследований показывает,что СБ не нашли широкого применения на ТС из-за низкого КПД, высокой себестоимости, большой массы. Современные и перспективные технологии создают предпосылки для разработки СБ, которые по своимэнергетическим параметрам обеспечивают выполнение заданных условий.Разработанная математическая модель СБ включает описание уравнениями зависимости величины выходной мощности от плотности солнсчного излучения, изменений внутреннего сопротивления батареи из-заизменения рабочей температуры и площади освещаемой поверхности СБ.При математическом моделировании СБ определяются ранее неизвестныепараметры СБ, которые необходимы для обеспечения энергопитания ЭМ.Расчеты показали, что солнечные батареи с КПД > 20 % могут бытьприменены в качестве тяговых источников тока в составе КЭУ ЭМ.
ДляЭМ наиболее подходят по своим характеристикам СБ, изготовленные потехнологии аморфного кремния. При снижении себестоимости 1 Вт полученной мощности менее 1 долл. СБ станет конкурентоспособной с ТАБ.Работая в составе КЭУ совместно с ТАБ и ЕНЭ, СБ может использоватьсякак самостоятельный источник энергии, питая непосредственно ТЭД ибортовое энергооборудование ЭМ, а также как вспомогательный источник тока для подзарядки ТАБ и ЕНЭ, тем самым увеличивая длину пробега ЭМ и продлевая срок службы ТАБ,В третьей главе проведены исследования ЭМ с КЭУ, включающейТАБ, ЕНЭ, СБ при различных вариантах их компоновки.
При движенииЭМ по ездовому циклу с максимальной установившейся скоростью Утзхвозможны два энергетических состояния КЭУ. Первое характеризуетсяравенством мощности КЭУ и мощности на ВК. Мощность КЭУ достаточна для обеспечения движения ЭМ, но недостаточна для заряда ТАБ иЕНЭ. Второе энергетическое состояние КЭУ характеризуется мощностью,обеспечивающей ЭМ свойство автономности. Выбор удельной мощностиКЭУ ЭМ и расчетной энергоемкости источников с заданными техническими характеристиками осуществлялся с учетом статистических данныхоб условиях эксплуатации. Тягово-динамический расчет ЭМ, выбор параметров силового электрооборудования, расчет параметров и характеристик Ю У осуществлялся по разработанной модели (рис.
2), котораяпредставляет собой совокупность подмоделей динамики и условий движения ЭМ, основных элементов и систем ТЭП и источников питания,подмодели интегральных технико-эксплуатационных показателей'.' Автор приносит глубокую благодарность канд. техн. наук ГЛ-ЫДижлзу за помощь при выполнении настоящего раздела работы.С^НАЧАЛд^!!]^Аввод^ИС?(0ДН1?1ХДАННЫ:ПОДМОДЕЛЬУСЛОВИЯДВИЖЕНИЯ ЭМПОДМОДЕЛЬАБПОДМОДЕЛЬСИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯПОДМОДЕЛЬПОДМОДЕЛЬЭЛЕКТРОПРИВОДАПОДМОДЕЛЬРАСЧЕТ ТЕХНИКОЭКСПЛУАТАЦИОННЫХХАРАКТЕРИСтаК КЭУ ЭМвыводРЕЗУЛЬТАТОВ7Рис. 2.Подмодель системы управления представляет собой систему автоматического управления с обратной связью по отклонению скорости ЭМ отзаданного значения.
В модели возможно изменение способов регулирования напряжения и интенсивности рекуперативного торможения с ограничением по току якоря и току возбуждения. Подмодель ТЭП состоит изнабора прикладных программ, описывающих функционирование системы управления и регулирования ТЭД. Она обеспечивает расчет токаякоря, напряжения на якоре и тока возбуждения ТЭД, реализующих тяговый момент и частоту вращения, требуемые для подмодели нагрузочныхрежимов и условиями движения ЭМ. Описание ТЭД осуществлено применением известных уравнений электромеханического состояния двигателя.Система энергообеспечения ЭМ с КЭУ включает ТАБ, ЕНЭ и СБ.Для подмоделей ТАБ и ЕНЭ взяты разработанные специалистами НАМИхараю'еристики отечественных н зарубежных тяговых источников.
Максимальная удельная мощность ТАБ определяется по соотношению:Р^ az ^ bz -^ с, Вт/кг, где: z - текуидая степень заряженности ТАБ, %; а. Ь,с - коэффициенты аппроксимации. Внутреннее сопротивление при любойстепени заряженности аккумулятора К^-, где: OT^j - масса ТАБ.Емкость ТАБ при любом режиме разряда определяется через емкостьQf^y5-часового разряда: —^= у-. где: п - показатель степени; Q^ - емкостьТАБ при токе разряда Л,; Is - ток 5-часового режима разряда.Подмодель ЕНЭ учитьшает неизменность RBH от степени его заряженности, т.е.
ВАХ носит линейный характер. К основным параметрамисследуемых ЕНЭ относятся: величина емкости С, Ф; номинальное напряжение UHE ; удельная энергия на единицу массы и объема ее, Дж/кг; е%,Дж/см^- внутреннее сопротивление RBHE; максимальный разрядный ток Ips;сопротивление утечки при номинальном напряжении Rye, Ом; КПД зарядно-разрядного цикла г], %; потери энергии от саморазряда за At - AWEРазработанная подмодель солнечной батареи обеспечила проведение исследований возможности применения СБ как самостоятельного источника энергии на ТС и как вспомогательного источника для подзарядки ТАБ и ЕНЭ, а также для питания вспомогательных энергосистем ЭМ.Моделирование осуществлено на основе аппроксимации ВАХ СБ двухтипов: "NE-3" ("Квант") и PR-50/40/01 (AEG - Германия) с применениемуравнений:где: A - коэффициент аппроксимации; е - заряд электрона; к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; Кц - внутреннее(последовательное) сопротивление солнечного элемента (СЭ); /?ш, - шунтовое сопротивление СЭ; /сэ - выходной ток СЭ; 1ф - фототок, протекающий через переход; IQ.H " обратный ток насыщения.
Рассмотренная модель СЭ широко используется при анализе СЭ и солнечных батарей (СБ),однако, характеристики, полученные на основании этой модели, имеютнезначительные, но порой нежелательные отклонения от хара^ггеристикиреального СЭ. Одна из причин этих отклонении - трудность точного измерения последовательного сопротивления элемента. Сумма Uro "^ ^сэ R-nв уравнении иногда заменяется разностью Uf^j - 1сз Rji • Этот член представляет собой диодное напряжение С/д большего выходного напряженияэлемента 6'сэ, когда СЭ отдает энергию внешней нагр}.'зке.Введем следующие параметры:ТГ '''СЭ '^'X.XJ'к.?<h.H -J<^Ф - J' K.3'К.Зt^W -jr'-'X.X>"я -rr'-'XX''^ ~ '^41'-'X X •kc = e /Акт,где: Ux;;f - напряжение холостого хода; Ii^^ - ток короткого замыкания.
Подставим их в уравнение (1). В результате получаем:Awjexi^alv+rn/^)]-!})1.'шПоскольку 1сз = о при V = о и V = о при /с^ = I. то уравнения примут вид:1 = 'ш['*-'сэ-'о.яе':р(а)]Следовательно,необходимовыбрать< = г* + 'ол - 'он «Р((«"л) - итолько три независимых параметра. Для удобства в качестве независимыхпараметров выбраны r/j, Гд/ и or, а 1ф и / ^ я определялись из уравнений:-I/ф = 1 + („J, [ехр{аг„) - ij. Таким образом, длясхр(а)-ехр(оУд)определения трех параметров Гц, ГщН а надо знать только три точки нормализованной ВАХ. Зная эти три параметра и измерив //^^ ^ ^Х.У> можновывести полную математическую модель СБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
