Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Електротяговий комплекс в електромобілях


Лекція 4 Автомобілі з нетрадиційними енергоустановками

 

 

(Из ст. к.т.н. Н.Г. Куця Луцький національний технічний університет)

В електромобілях тягові зусилля забезпечуються електричними двигунами. Такі двигуни працюють без шуму, мають просте керування й у процесі роботи не забруднюють навколишне середовище. Електрична трансмісія, що застосовується вимагає меншої енергії для її функціонування, чим звичайна механічна, і крім цього зручна в регулюванні. Все це в сукупності дозволяє вважати, що самим перспективним автомобілем майбутнього є електромобіль.

У всіх країнах світу ведуться інтенсивні науково-технічні розробки в області вдосконалювання електромобіля.

Причини стримуючий випуск електромобілів:

1. Сучасні технології виробництва акумуляторів електричної енергії не дозволяють акумулювати великі потужності, що знижує як швидкість руху, так і величину пробігу.

2. Підзарядка акумуляторів не досить відпрацьована й тому для повної підзарядки акумуляторної батареї потрібно кілька годин.

3. Існуючі електромотори й генератори, які випускаються електропромисловістю мають значні габарити й, відповідно, вагу.

4. Матеріали, що застосовуються і технологія виробництва їх настільки не досконалі, що вартість електромобіля істотно вище автомобілів із двигунами внутрішнього згоряння. Наприклад, серійний електрокар Mitsubishi i-MiEV, що випускається в Японії коштує ~ 50 тис. доларів. Це фантастична вартість.

 

Із всіх акумуляторів найбільшу електроємність на одиницю маси мають літієві акумулятори. Вартість цих акумуляторів досить висока, а більш дешеві акумулятори не підходять для застосування їх в електромобілях за своїми технічними характеристиками.

Питомі характеристики літій-іонних акумуляторів принаймні вдвічі перевищують аналогічні показники никель-кадмиевых акумуляторів і добре характеризують себе при роботі на більших струмах. Літій-іонні акумулятори мають досить низький саморозряд (2…5% на місяць). Для забезпечення безпеки й довговічності, кожний пакет акумуляторів повинен бути обладнаний електричною схемою керування, щоб обмежити пікові напруги кожного елемента під час заряду й запобігти зниженню напруги елемента при розряді нижче припустимого рівня. Крім того, повинен бути обмежений максимальний струм заряду й розряду й повинна контролюватися температура елемента. При дотриманні цих обмежностей, можливість утворення металевого літію на поверхні електродів у ході експлуатації (що найбільше часто приводить до небажаних наслідків), практично усувається.

Літій-іонні акумулятори є найбільш дорогими з доступних сьогодні на ринку. Удосконалювання технології виробництва й заміна оксиду кобальту на менш дорогий матеріал може привести до зменшення їхньої вартості на 50% протягом найближчих декількох років.



Експлуатація Li-Ion батареї в різних умовах відбувається по-різному. Але деякі загальні властивості в них усіх однакові. Такого типу батареї бояться як перезаряду, так і перерозряду. У них звичайно вбудовуються контролери, які застерігають від перезаряду. Також туди убудовані й контролери, що застерігають від перерозряду.

Не можна проводити повну аналогію між батареями однакових типів у різних пристроях. Обумовлено це різницею між розташуванням вищезгаданих контролерів у кожному конкретному пристрої.

Експлуатувати батареї даного типу можна тільки в інтервалі температур +(5...45) градусів за Цельсієм (оптимально – +(15...25) градусів). Також літієві батареї псуються від підвищеної температури.

Для різних моделей і ємностей літієвих акумуляторних батарей існує гарантоване виробником кількість циклів заряд – розряд, які акумулятор повинен відробити при дотриманні правил його експлуатації.

Ресурс Li-Ion акумуляторів коливається в основному від 400 до 1000 циклів. Всі літієві акумулятори мають також і тимчасове обмеження. Ресурс акумулятора в термінах кількості циклів заряд-розряд – це кількість повних циклів заряду-розряду, тобто з деяким ступенем наближення припускаємо заряд до 100% і розряд до 30%. При розрядці акумулятора наполовину й наступній зарядці ресурс зменшується на півциклу. При наступній розрядці, наприклад, на 25%, ресурс знижується ще на чверть повного циклу. Таким чином, якщо є можливість підзаряжати акумулятор, не допускаючи його більшого розряду – саме так потрібно й поступати. Інакше кажучи, літієвий акумулятор можна якнайчастіше заряджати й намагатися тримати в зарядженому стані, ніж у напіврозрядженому.

Питомі характеристики сучасних Li-ion акумуляторів досить високі: 100…180 Втч/кг і 250...400 Втч/л. Робоча напруга становить 3,5...3,7 В.

Ще кілька років назад гранично досяжною вважалася ємність Li-ion акумуляторів у декількох ампер-годин, тепер же більшість причин, що обмежують збільшення ємності, усунуто й багато виробників стали випускати акумулятори ємністю в сотні ампер-годин.

Сучасні малогабаритні акумулятори працездатні при струмах розряду до 2 С, а потужні – до 10…20 С. Інтервал робочих температур: від –20 до+60 °С. Однак багато виробників уже розробили акумулятори, працездатні при – 40 °С. Можливе розширення температурного інтервалу в область більше високих температур.

За перший місяць експлуатації саморозряд Li-ion акумуляторів становить 4…6 %, потім значно зменшується. У підсумку за 12 місяців акумулятори втрачають 10…20 % запасеної ємності. Втрати ємності в Li-ion акумуляторів у кілька разів менше, ніж у нікель-кадмієвих акумуляторів, як при 20 °С, так і при 40 °С. Ресурс-500…1000 циклів.

Всі літієві акумулятори характеризуються досить гарною схоронністю. Втрата ємності за рахунок саморозряду 5…10 % у рік.

Оскільки ємність залежить від числа циклів заряду-розряду (зі збільшенням строку експлуатації ємність АКБ неминуче зменшується), то, задаючись вихідною напругою й відслідковуючи зменшення напруги з 4,3 В до 4,2 В, визначаємо значення ємності.

Таким чином, очевидно, що строк експлуатації Li-ion акумуляторної батареї обмежений, як правило, кількістю циклів заряду-розряду. Відповідно до запропонованої методики залишковий ресурс АКБ визначається з розрахунку кількості використаних циклів заряду-розряду.

 

Вченими Харківського національного автодорожнього університету розроблена ситсема рекуперативного заряду літій-іонних акумуляторних батарей для гібридних автомобілів і електроавтомобілів. Дана система рекуперативного гальмування дозволяє поліпшити ряд параметрів такого автомобіля.

У гібридному автомобілі виникає необхідність установити досить потужний тяговий електродвигун разом із ДВС в обмеженому просторі. Застосування широко розповсюджених тягових колекторних електродвигунів постійного струму через їхні більші габарити й у зв'язку із проблемами колекторно-щіткового вузла є недоцільним. Найменші габарити й найбільшиий ККД при заданій потужності мають сучасні вентильні електродвигуни (ВЕД), які застосовують у більшості сучасних гібридних автомобілів. ВЕД являє собою синхронну електричну машину, забезпечену датчиками положення ротора які живляться від інвертора на основі сучасних силових електронних ключів і керовану за оптимальними алгоритмами за допомогою мікроконтролера. Синхронні електричні машини бувають із збудженням від постійних магнітів і з електромагнітним збудженням. Відносно недорогими й широко розповсюдженими є синхронні електричні машини з електромагнітним збудженням, оскільки вони застосовуються як генератори змінного струму, у тому числі і як автомобільні генератори. Незважаючи на трохи гірші значення ККД, ВЕД на основі синхронної електричної машини з електромагнітним збудженням, крім невисокої вартості, має ряд інших важливих переваг. Серед них – можливість організувати регулювання обертів у другій зоні електродвигуна за допомогою керування потоком збудження. При фіксованій напрузі живлення це дозволяє розширити робочий діапазон швидкостей обертання ротора, а значить збільшити передаточне число від ВЕД до ведучих коліс. У результаті вдається підвищити пусковий обертаючий момент без збільшення запасу потужності ВЕД. Другою перевагою використання ВЕД з електромагнітним збудженням є істотно менший гальмовий момент у знеструмленому стані, що поліпшує накат гібридного автомобіля. Третя перевага – можливість простого й ефективного керування ВЕД у режимі генератора шляхом регулювання порівняно невеликого струму збудження. Це дозволяє розширити можливості рекуперації, спростити й підвищити ефективність системи рекуперативного гальмування. Розглянемо умови при яких відбувається рекуперативний заряд ТАБ.

У якості тягових ВЕД використовують синхронні машини, включені за схемою з досить малим міжкомутаційним періодом. Це відноситться й до обраної авторами розробки трифазній схемі з реверсивним живленням. Для таких ВЕД може бути використана стандартна модель електроприводу постійного струму в припущенні нескінченно малого міжкомутаційного періоду, без урахування реакції якоря на магнітний потік збудження й без урахування індуктивності фазних обмоток якоря. У цьому випадку струм у якірному ланцюзі може бути записаний у вигляді:

, (1)

де – струм, що споживається або віддається ВЕД;

U – напруга живлення якоря (напруга ТАБ);

Ф – магнітний потік збудження;

R – сумарний активний опір ланцюга якоря.

Е – ЕДС обертання ВЕД, що має вигляд:

, (2)

де – кутова швидкість обертання ротора ВЕД;

– конструктивний параметр двигуна.

Як видно з вирау (1) струм може бути позитивним (режим електродвигуна) або негативним (режим генератора). Умовою роботи в режимі генератора є більш високе значення ЕДС обертання ВЕД , чим напруга ТАБ. ЕДС обертання пропорційна кутової швидкості ВЕД і величині . Величина залежить від струму обмотки збудження в загальному випадку нелінійно й при обраному значенні цього струму може бути визначена експериментальним шляхом.

Якщо звернути увагу на те, що літій-іонні батареї допускають зарядку досить значними струмами, до 5С, що в кілька разів перевищує граничні струми ВЕД у режимі генератора, то видно, що можна організувати почергову зарядку частин ТАБ. Це дозволить заряджати частини ТАБ по черзі, що істотно спрощує й здешевлює комутацію. Розроблена для такого рішення схемотехніка не вимагає вирівнювання потенціалів.

На рис. 1 зображена функціональна схема запропонованої системи рекуперативного гальмування гібридного автомобіля, де позначено:

 

Рис. 1. 1 – верхня половина ТАБ1, 2 – нижня половина ТАБ2, 3 – вентильний електродвигун-генератор ВЕД, 4 – контролер вентильного електродвигуна-генератора КВЭД), 5 – верхній ключ (ВК), 6 – нижній ключ (НК), 7 – блок обліку заряду (БУЗ) верхньої й нижньої половин ТАБ, 8 – датчик струму відємного виведення (ДТОВ) ТАБ, 9 – датчик струму позитивного виведення (ДТПВ) ТАБ, 10 – блок керування рекуперативною зарядкою (БУР), 11 – датчик режиму гальмування (ДРТ), 12 – три діоди із загальним катодом (НД), 13 – три діоди із загальним анодом (ВД), 14 – обмотка збудження (ОВ) вентильного електродвигуна-генератора.

 

Працює система так: при спрацьовуванні датчика гальмування 11 блок керування рекуперативною зарядкою 10 включає один із ключів 5 або 6 і, одночасно блокує (виключає) всі керовані ключі трифазного моста в контролері вентильного електродвигуна-генератора 4. Припустимо включений ключ 5, тоді три діоди із загальним катодом 12 утворять позитивну групу діодів трифазного моста, при цьому негативну групу діодів трифазного моста утворять нижні некеровані ключі (діоди) контролера вентильного електродвигуна-генератора 4. Такий трифазний міст заряджає нижню половину ТАБ 2. Напруга заряду й граничний струм заряду регулює блок керування рекуперативною зарядкою 10 шляхом зміни струму в обмотці збудження вентильного електродвигуна-генератора 14 (через контролер вентильного електродвигуна-генератора 4). При наступному гальмуванні блок керування рекуперативною зарядкою 10 включає ключ 6, тоді три діоди із загальним анодом 13 утворять негативну групу діодів трифазного моста, при цьому позитивну групу діодів трифазного моста утворять верхні некеровані ключі (діоди) контролера вентильного електродвигуна-генератора 4. Такий трифазний міст заряджає верхню половину ТАБ 1 також, як і в попередньому випадку. Таке почергове включення ключів 5 і 6 супроводжується виміром сумарного заряду отриманого верхньої 1 і нижньої 2 половиною ТАБ за допомогою датчиків струму 8 і 9 і блоку обліку заряду верхньої й нижньої половин ТАБ 7. Коли заряд накопичений у тій половині ТАБ, що у результаті чергування треба заряджати, виявиться більше, ніж у тій половині ТАБ, що заряджали перед цим, подається команда на блок керування рекуперативною зарядкою 10, що управляє ключами 5 і 6, і, у цьому випадку, половина ТАБ з меншим зарядом заряджається повторно при черговому гальмуванні.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Флуктуации термодинамических величин | Гібридний автомобіль

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 248; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.005 сек.