СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С ПИТАНИЕМ ОТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В настоящее время в мире происходит резкий рост доли электрического транспорта. Параллельно с этим переходом промышленности приходится решать задачи повышения энергоэффективности батарей, продления их ресурса и обеспечения безопасной эксплуатации, а сами технологии управления потоками энергии продолжают развиваться. Рынок электротранспорта при этом расширяется, экологические требования становятся жёстче. В такой обстановке именно качество систем управления во многом определяет, насколько конкурентоспособной окажется конкретная модель электромобиля.

Повышение эффективности электрического транспорта может быть достигнуто несколькими способами: совершенствованием источников питания, интенсификацией использования тяговых аккумуляторов, а также оптимизацией режимов движения. Применение фотоэлектрических элементов становится привлекательным решением для легкого, экскурсионного транспорта эксплуатируемого в дневное время в летний сезон и обладающего малой саммой, поскольку позволяет значительно сократить затраты времени и энергии внешних источников на заряд тяговых батарей, хотя и не способно полностью закрыть потребности в электрической энергии [1].

У современных литий-ионных тяговых батарей плотность энергии и мощность достигают высоких значений, но их эксплуатация вызывает целый набор инженерных трудностей. К этим проблемам относятся: ограниченный ресурс, деградация электродов со временем, жёсткие температурные рамки работы, а также разница в уровне заряда между отдельными ячейками и опасность теплового разгона. Без надёжной системы управления удержать перечисленные процессы в безопасных рамках не получится, поэтому к разработке алгоритмов управления подходят особенно тщательно. К этому стоит добавить и требования по безопасности самих электромобилей. Наконец, оптимизация режимов движения транспортного средства позволит снизит удельный расход энергии на движение, повысив общую энергоэффективность конструкции [2].

Объектом исследования является малогабаритная электромобиль –гольфкар, предназначенный для транспортировки пассажиров на короткие расстояния. Конструктивно установка представляет собой четырехколесное транспортное средство малой грузоподъемности с электрическим тяговым приводом и гибридной системой энергообеспечения, включающей фотоэлектрические модули и электрохимический накопитель энергии. Пассажирский отсек рассчитан на размещение от двух до четырех человек в зависимости от модификации, с общей полезной нагрузкой, не превышающей трехсот – четырехсот килограммов с учетом массы пассажиров и дополнительного оборудования.

Предметом исследования является совершенствование эффективности системы управления методами математического моделирования. Для достижения поставленной цели авторами разработана имитационная модель тягового электропривода электромобиля в среде Simulink, показанная на рисунке 1,  на которой исследована работа систем управления приводом.

В работе показано, что практическая реализация гибридного электромобиля с фотоэлектрическим питанием позволяет достичь частичной энергетической автономности от внешней электрической сети при эксплуатации в регионах с достаточной инсоляцией, снизить эксплуатационные расходы за счет использования бесплатной солнечной энергии и уменьшить углеродный след транспортного средства по сравнению с традиционными электромобилями, заряжаемыми от сети, питающейся преимущественно от ископаемых источников энергии. Фотоэлектрическая установка площадью два квадратных метра способна генерировать в среднем от четырехсот до 1000 Вт – часов энергии в течение светового дня в зависимости от сезона и географического положения [3-5], что при среднем энергопотреблении гольфкара 50 – 80 Вт·ч/км позволяет обеспечить дополнительный запас хода от 5 до 20 километров в сутки исключительно за счет солнечной генерации без расходования энергии аккумуляторной батареи [6, 7].

Рисунок 1. Имитационная модель тягового привода электромобиля

В ходе работы были подробно рассмотрены основные химические составы батарей, выявлены их основные достоинства и недостатки, основные их характеристики. Определены основные задачи системы управления тяговой батареи, а также рассмотрены наиболее распространенные виды балансировочных схем [8, 9].

Для автоматизации процесса поиска оптимальных параметров движения был разработан алгоритм автоматизированного подбора моментов перехода между режимами разгона, выбега и торможения. Алгоритм реализован средствами MATLAB и Simulink с использованием итерационного метода бинарного поиска и позволяет определять энергетически оптимальные параметры движения при заданных ограничениях по времени и длине маршрута.

В результате исследования была определена наиболее рациональная мощность тягового электропривода для рассматриваемого транспортного средства, составившая 10 кВт. Разработанный алгоритм управления подтвердил возможность повышения энергоэффективности электромобиля за счёт рационального выбора режимов движения и оптимизации профиля тягового управления.

Результаты моделирования показали, что при мощности тягового электропривода 10 кВт суммарное энергопотребление составило 8,7 МДж (2,4 кВт·ч), при этом доля энергии, возвращаемой в аккумуляторную батарею в режиме рекуперативного торможения, достигла 23 %. Также было установлено, что применение солнечных панелей в качестве вспомогательного источника энергии позволяет снизить глубину разряда аккумуляторной батареи и повысить её ресурс.

Список литературы:

1. A Review on Electric Vehicles: Technologies and Challenges [Электронный ресурс]. –URL: https://www.mdpi.com/2624-6511/4/1/22#sec4-smartcities-04-00022 (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
2. Оспанбеков, Б. К. Повышение энергетической эффективности и эксплуатационных показателей электромобилей: дисс. ... к. т. н., специальность 05.09.03 – Электротехническое комплексы и системы. – ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта», 2017. – 170 с. – EDN: VXZUOH.
3. Выработка энергии портативной солнечной панелью [Электронный ресурс]. – URL: https://ecoflow-russia.com/blog/skolko-energii-mozhet-vyrabatyvat-portativnaya-solnechnaya-panel (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
4. Количество энергии, вырабатываемой солнечной батареей в день [Электронный ресурс]. – URL: https://www.solargarden.com.ua/ru/skolko-elektroenergyy-vyrabatyvaet-solnechnaya-batareya-v-den/ (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
5. Выработка энергии портативной солнечной панелью [Электронный ресурс]. – URL: https://ecoflow-russia.com/blog/skolko-energii-mozhet-vyrabatyvat-portativnaya-solnechnaya-panel (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
6. Энергопотребление электрических гольф-каров [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://thebrassie.com/do-golf-carts-use-a-lot-of-electricity/ (дата обращения 25.05.2026). – URL:  свободный
7. Расчет общих энергетических потребностей гольф-кара [Электронный ресурс]. – URL: https://www.heatedbattery.com/how-do-you-calculate-the-total-energy-needs-of-your-golf-cart/ (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
8. Artificial Intelligence Approaches for Advanced Battery Management System in Electric Vehicle Applications: A Statistical Analysis towards Future Research Opportunities [Электронный ресурс]. – URL: https://www.mdpi.com/2 624-8921/6/1/2 (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный
9. A Review: Energy Storage System and Balancing Circuits for Electric Vehicle Application [Электронный ресурс]. – URL: https://www.researchgate.net/publication/344326527_A_Review_Energy_Storage_System_and_Balancing_Circuits_for_Electric_Vehicle_Application (дата обращения 25.05.2026). – Режим доступа:  свободный