Статья опубликована в рамках: V Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 22 октября 2012 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Транспортные коммуникации
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ
Михалёва Ольга Александровна
студент 1 курса магистратуры кафедры «Электротехнические комплексы» ФМА ФГБОУ ВПО «НГТУ», г. Новосибирск
Е-mail: akvo_91@mail.ru
Штанг Александр Александрович
научный руководитель, канд. тех. наук, доцент кафедры
«Электротехнические комплексы» ФМА ФГБОУ ВПО «НГТУ»
В условиях глобализации Российская Федерация принимает международные стандарты качества, в том числе экологические стандарты Евросоюза для автомобилей, которые регламентируют содержание в выхлопе автомобилей углеводородов, оксидов азота, угарного газа и твердых частиц [9]. В России по состоянию на 2012 год действует стандарт Евро-2 для топлива и Евро-3 для автомобилей [4]. В современное время на автомобильный транспорт приходится от 39 до 63 % загрязнения окружающей среды, масштабы которой глобальны [3]. Многие производители уделяют этому внимание, постоянно разрабатывая новые конструкции экологического гибридного транспорта, являющегося наименее вредным для окружающей среды. Ценность гибридных транспортных средств (ТС) в том, что они значительно снижают вредные выбросы в окружающую среду, что соответствует стандартам, и при этом не теряют динамических качеств и остаются привычным для всех видом транспорта.
Целью работы является проектирование гибридного автомобиля на основе современных электрохимических накопителей энергии (ЭХН) и конденсаторов двойного электрического слоя (КДЭС).
Поставленные задачи:
· провести ретроспективный анализ отечественного и зарубежного рынка гибридомобилей с учетом установленных критериев;
· на основе проведенного анализа определить модель ТС для последующих расчетов;
· выбрать оптимальную схему гибридной установки для данного ТС;
· провести аналитический обзор существующих в настоящее время ЭХН и КДЭС разного типа;
· выполнить тяговый энергетический расчет для заданного типа гибридного ТС;
· определить динамические показатели движения ТС на основе перспективных видов ЭХН и КДЭС.
На основе проведенного анализа определена модель ТС для расчетов — гибридомобиль Citroen C4 HDi Hybrid. В работе предложен проект оснащения данного гибридомобиля последовательной гибридной конфигурацией как наиболее эффективной при движении в режиме частых остановок, торможений и ускорений, движении на низкой скорости, что соответствует движению ТС в городском цикле [2].
В работе проанализированы различные типы ЭХН и КДЭС по выделенным критериям, таким как удельная энергоемкость, удельная мощность, срок службы и др. В свою очередь, выявлено, что КДЭС перспективны для применения на ТС в следующих типах: пусковые, буферные, тяговые. В проекте гибридного автомобиля предложено аккумулирование энергии электрических торможений осуществлять с помощью КДЭС, т. к. они выдерживают множество циклов заряд/разряд и обладают высокой удельной мощностью.
Из всего многообразия АБ наиболее распространенными являются: кислотные (свинцово-кислотные), щелочные (NiCd и Ni-MH), литиевые. В работе проведен сравнительный обзор ЭХН следующих типов:
· свинцово-кислотных (PbSO4) АБ [7];
· никель-металлогидридных (Ni-MH) АБ [6];
· литий-ионных (Li-ion) АБ [5];
· литий-полимерных (Li-pol) АБ;
· серебряно-цинковых (AgZn) АБ [8].
Для наглядности характеристики разных типов АБ сведены в таблицы 1 и 2. На основе полученных данных выбран тип ЭХН — литий-ионная АБ, обладающая рядом преимуществ, такими как: высокая энергетическая плотность, низкий саморазряд, отсутствие эффекта памяти, простота обслуживания.
Таблица 1.
Электрохимические параметры разных типов АБ (кислотные, щелочные)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.
Электрохимические параметры разных типов АБ (литиевые, серебряно-цинковые)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проведен тягово-энергетический расчет для определения необходимой мощности источника энергии на движение ТС, в результате которого получен расход энергии на движение в режиме тяги 
и в режиме торможения 
. В частности была получена тяговая характеристика F(V), характеристики действующих сил тяги и торможения, а так же кривая основного удельного сопротивления движению.
В ходе работы построены кривые движения гибридомобиля графоаналитическим методом, на основе которых проводился энергетический расчет. В результате получен расход энергии на движение в режиме тяги и в режиме торможения с учетом расхода энергии на собственные нужды ТС.
На основе тяговых расчетов устанавливались массогабаритные и энергетические показатели накопителей энергии. Для обеспечения энергией гибридомобиля в режиме тяги наиболее подходящим является Li-ion аккумулятор. В работе выбрана экспериментальная Li-ion АБ фирмы Envia Systems, обладающая высокой удельной энергоемкостью при значительно небольшой массе. С учетом величины рассчитанного расхода энергии подобран блок АБ массой 40,88 кг, от которого ТЭД получает питание в экстренном режиме движения.
Так же в работе установлена зависимость объема накопительного элемента (КДЭС) от энергии, вырабатываемой в режиме электрического торможения. На основе графического построения однозначно определяется скорость максимального разгона ЭПС от буферного накопителя в зависимости от скорости начала рекуперативного торможения.
При проектировании гибридомобиля принят модуль КДЭС фирмы MAXWELL/BCAP1200P270 K04, который оптимально подходит для обеспечения запаса энергии торможения на ПС.
Результатом данного исследования является значительное повышение конкурентоспособности гибридного ТС Citroen C4 HDi Hybrid по сравнению с предыдущей его модификацией.
Список литературы:
1.Аккумуляторные батареи для электромобилей. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.electro-mobiles.ru (дата обращения: 30.09.2012 г).
2.Виды гибридных приводов. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.autoorsha.com (дата обращения: 30.09.2012 г).
3.Гибридные автомобили — экологичный и экономичный транспорт XXI века. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://7ya.tomsk.ru (дата обращения: 30.09.2012 г).
4.Лента.ру. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.lenta.ru/articles/2012/08/17/gases (дата обращения: 30.09.2012 г).
5.Литиево-ионный аккумулятор. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://lithium.ru (дата обращения: 30.09.2012 г).
6.Никель-металл-гидридный аккумулятор. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 30.09.2012 г).
7.Свинцовые и щелочные аккумуляторы — технические характеристики аккумуляторов. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://roadmachine.ru (дата обращения: 30.09.2012 г).
8.Серебряно-цинковый аккумулятор. — [Электронный ресурс]. — Режим доступа — URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения: 30.09.2012 г).
9.Экологические стандарты Евросоюза для автомобилей. — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://eco.ria.ru/documents/20090901 (дата обращения: 30.09.2012 г).
дипломов
Оставить комментарий