Библиографическое описание:

Штанг А. А., Михалева О. А. Проектирование гибридного транспортного средства на основе современных накопителей энергии // Молодой ученый. — 2012. — №11. — С. 107-109.

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 таблице 1 . 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)

Параметры АБ

PbSO4 [1]

NiCd

NiMH

Удельная энергетическая ёмкость, Вт.ч/кг

30-60

45-65

60-80

Внутреннее сопротивление, Ом

0,011-0,022

0,05-0,1

0,5-0,2

Удельная мощность, Вт/кг

100-300

150-500

500

Число циклов заряд/разряд

200-1200

100-1000

300-500

Время быстрого заряда, ч

6-12

14

14

Саморазряд за месяц при 20°C, %

3

10

20

Напряжение макс. в ячейке, В

2,1-2,17

1,8

1,85

Напряжение минимальное, В

1,75-1,8

1,35

1,37

Диапазон рабочих температур, °C

−40 ±40

-50 ±45

-60±55

Производитель (пример)

Power Sonic, CSB, Fiamm, Sonnenschein, Cobe, Yuasa, Panasonic, Vision

GP Batteries Int. Ltd., VARTA, GAZ, METABO, EMM, ANSMANN, НИАИ, КОСМОС, Sanyo

Sanyo, Rayovac, Fujicell, AccuPower, Maha, Yuasa, Gold Peak,
CDR King,
Turnigy


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.


Литература:
  1. Аккумуляторные батареи для электромобилей. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.electro-mobiles.ru (дата использования: 30.09.2012 г.)

  2. Виды гибридных приводов. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.autoorsha.com (дата использования: 30.09.2012 г.)

  3. Гибридные автомобили - экологичный и экономичный транспорт XXI века. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://7ya.tomsk.ru (дата использования: 30.09.2012 г.)

  4. Лента.ру. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.lenta.ru/articles/2012/08/17/gases (дата использования: 30.09.2012 г.)

  5. Литиево-ионный аккумулятор. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://lithium.ru (дата использования: 30.09.2012 г.)

  6. Никель-металл-гидридный аккумулятор. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата использования: 30.09.2012 г.)

  7. Свинцовые и щелочные аккумуляторы - технические характеристики аккумуляторов. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://roadmachine.ru (дата использования: 30.09.2012 г.)

  8. Серебряно-цинковый аккумулятор. [Электронный ресурс]. – Режим доступа – URL: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата использования: 30.09.2012 г.)

  9. Экологические стандарты Евросоюза для автомобилей. [Электронный ресурс] – Режим доступа – URL: http://eco.ria.ru/documents/20090901 (дата использования: 30.09.2012 г.)

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle