Комбіновані системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів

Для оцінки того, як розподілені напруга та струм електромагнітної завади (ЕМЗ) по силовому тракту “джерело постійного напруги - силовий інвертор - електродвигун” на рис.15 також показана високочастотна еквівалентна схема всього силового тракту.

На цьому рисунку джерело постійного струму представлено еквівалентною схемою і , де - це джерело постійної напруги з номінальною напругою батареї акумуляторів,та є активна та реактивна складові повного внутрішнього опору батареї на високих частотах, а репрезентує конструктивну ємність між батареєю акумуляторів та шасі АЕЗ. Силові кабелі представлено індуктивністю , шина постійного струму між батареєю акумуляторів та батареєю електролітичних конденсаторів показана у вигляді послідовного кола , та , а ємність між цим колом і шасі представлена конденсатором. Силові ключі та K2 замінені еквівалентними джерелами напруги, а конструктивну ємність між кожним ключем і шасі замінено відповідним конденсатором .

Схема електродвигуна показана у вигляді послідовного кола та для кожної фази, а конструктивна ємність між обмотками електродвигуна і шасі репрезентована конденсатором .

Звичайно в АЕЗ блок силових інверторів розташований в безпосередній близькості до електродвигуна, і весь електропривод знаходиться у металевому кожусі. З цієї причини блок силових інверторів випромінює відносно невеликий рівень ЕМЗ. Але батарея акумуляторів, як правило, віддалена від електродвигуна і приєднана до електропривода кабелем без екрану. Тому саме такий кабель може виступати як ефективний випромінювач ЕМЗ в навколишнє середовище, а високочастотні несиметричні струми, які протікають по кабелю, і є причиною інтенсивного випромінювання ЕМЗ. Для вимірів згаданих струмів в еквівалентну схему рис.15 в силову шину постійного струму між батареєю акумуляторів та батареєю електролітичних конденсаторів введено стандартне допоміжне електричне коло .

Еквівалентна схема, зображена на рис.15 є достатньо складною для знаходження напруг і струмів, що спричинюють ЕМЗ. Щоб спростити її і зробити

більш очевидною з точки зору розповсюдження ЕМЗ автором запропоновано зосередити увагу на роботі пари силових ключів в одному плечі трифазного моста на виході інвертора, як це показано на рис.16. Так само для дослідження напруг і введені дві допоміжні напруги Vx, Vy:

, (27)

, , , (28)

Після низки спрощень були отримані схеми, що характеризують ефект від дії напруг VX та VY (рис.18 та рис.19 відповідно).

На цих рисунках VЗ - напруга завади.

Напруги (рис.18) є напругами симетричної завади, тому що фази цих напруг на резисторах двох вимірювальних кіл, під'єднаних до позитивного та негативного полюсів батареї акумуляторів, протилежні.

Оскільки напруги і (рис.19) є однаковими по амплітуді і мають однаковий знак, то це означає, що напруги є напругами несиметричної завади.

Для визначення спектральних компонентів напруг завад була визначена форма напруг та .

Це було зроблено на основі припущення про те, що напруги еквівалентних джерел завад являють собою періодичну послідовність трапецеїдальних імпульсів з лінійними фронтом і зрізом.

Були отримані спектри симетричних та несиметричних завад.

Порівняння результатів проведених вимірів симетричних та несиметричних завад у колах СЕЖ ЕМ із розрахунками згідно запропонованого методу показали хорошу збіжність результатів (похибка менше 5%) і підтвердили правильність запропонованих моделей кондуктивних завад електромобіля.

Далі в роботі проаналізовані джерела та кола розповсюдження кондуктивних завад та викликаних ними ЕМЗ випромінення. Наведена методика прогнозування можливих рівнів ЕМЗ випромінювання в АЕЗ. Запропоновано спосіб з'єднання силового кабелю від батареї акумуляторів АЕЗ з металевими конструкціями та кожухом силового перетворювача за допомогою RC - кола (рис.20) та методику розрахунку елементів кола з метою зменшення рівня ЕМЗ випромінення в АЕЗ [23].

Проведені експериментальні дослідження показали, що даний спосіб дозволяє зменшити рівень ЕМЗ більш, ніж у три рази.

У шостому розділі представлено експериментальні дослідження та розробки конкретних компонентів та КСЕЖ АЕЗ в цілому.

На основі теоретичних положень, наведених у попередніх розділах, були розроблені дві КСЕЖ АЕЗ. Джерелом живлення першої є блок ДВЗ-ГПС (рис.21), а іншої - електрохімічний генератор (ЕХГ)(рис.22) (в даному випадку Zn - повітряна батарея). В обох випадках буферною слугувала свинцево-кислотна АБ.

Перша КСЕЖ складається з ДВЗ (на рис.21 він показаний маховиком), на валу якого закріплено якір генератора постійного струму, акумуляторної батареї, розподіляючого діода (РД), силового широтно-імпульсного перетворювача (ШІП), тягового електродвигуна (ТЕД), шунтованого зворотнім діодом (ЗД), зарядного перетворювача (ЗП), силового перекидного контактора (К), котушки контактора (кК), нормально відкритого контакту кінцевого вимикача педалі акселератора К1, нормально закритого контакту датчика роботи ДВЗ

К2, відсікаючого діоду (ВД), обмотки збудження генератора (ОЗ).

До складу другої СЕЖ входять інвертор, повністю керований ключовий елемент, зворотній тиристор, буферна АБ, ЕХГ, відсікаючий діод та асинхронний двигун.

Обидві системи захищені патентами України [29,31]. В роботі наведені принципи функціонування систем та основні їх переваги перед існуючими аналогічними за призначенням КСЕЖ АЕЗ.

В даному розділі також проведено ґрунтовний аналіз способу керування СЕЖ ЕМ на основі позитивного зворотного зв'язку по швидкості у другій зоні регулювання привода постійного струму з тяговим двигуном з незалежним збудженням. Запропоновано метод визначення ефективності двозонного регулювання привода постійного струму АЕЗ та розроблено алгоритм, який дозволяє ще на етапі проектування моделювати можливі зміни в законах руху АЕЗ в залежності від зміни параметрів машини та умов руху [6,7,8].

Автором розроблено і запатентовано новий спосіб двозонного управління [32] і система, що дозволяє його здійснити. В запропонованому способі покращення динамічних характеристик машини досягається в результаті того, що при регулюванні швидкості у другій зоні рівень сигналу зворотного зв'язку, від якого залежить величина струму збудження тягового електродвигуна, визначається не тільки швидкістю обертання валу, але й рівнем сигналу задатчика, що надходить безпосередньо від акселератора. Таким чином у другій зоні регулювання керування АЕЗ здійснюється більш ефективно, з гнучкішим реагуванням на дорожню ситуацію, що підвищує ефективність експлуатації АЕЗ в цілому.

На основі використання цього метода керування у ІЕД НАН України у рамках виконання проекту Українського Науково Технологічного Центру “Створення перспективних систем тягових приводів і твердотільних літієвих акумуляторів для електромобілів” за участю автора було створено систему електропривода ЕМ на базі двигуна постійного струму з незалежним збудженням. Ця система привода стала базою для створення всього комплексу електрообладнання ЕМ на базі автомобіля “Таврія ЗАЗ-1109”.

Розглянутий вище метод керування було використано також і при розробці системи електропривода вантажного електроцикла, створеного на базі мотоцикла “Днепр - 300” [30].

На основі теоретичних досліджень, висвітлених у 4 розділі за участю автора був розроблений пристрій для моніторингу та фіксації параметрів СЕЖ КЕМ (у подальшому “пристрій для моніторингу...”), що може виконувати низку наступних функцій [2]:

· Контроль поточних значень струмів і напруг АБ та генератора системи ДВЗ-Г у всіх режимах руху КЕМ;

· Контроль поточних значень струмів і напруг АБ під час заряду як від бортового або стаціонарного зарядного пристрою, так і від ДВЗ-Г під час зупинок КЕМ;

· Контроль ємності АБ, що витрачається нею під час руху КЕМ;

· Контроль ємності АБ, що відновлюється під час заряду та рекуперативного гальмування:

· Обрахування повних циклів заряд - розряд АБ.

Принцип роботи пристрою базується на концепції урахування балансу ємності АБ на протязі довільних зарядно-розрядних її режимів з індикацією кількості відданих АБ ампер-годин [3]. В роботі наведено структурну схему та розглянуто алгоритм функціонування пристрою.

Сучасний парк АЕЗ дуже різноманітний. Досить значну долю в ньому займають низьковольтні ТЗ невеликої потужності (технологічний електротранспорт, невеликі ЕМ тощо). Саме для таких ТЗ було розроблено багатофункціональний транзисторний широтно-частотно-імпульсний регулятор (рис.23), робота якого також розглядається у даному розділі.

Як альтернативний варіант традиційним схемотехнічним рішенням транзисторних імпульсних перетворювачів в Інституті електродинаміки було створено оригінальний варіант широтно-частотно-імпульсного транзисторного регулятора [5,11,12,28], схема якого наведена на рис.23, де R1, R1a, R1b, C виконують функцію вузла формування завдання (тривалість та частота імпульсу напруги на двигуні); VT1-VT2 - транзистори

- формувачі імпульсу управління; VT3 - силовий транзисторний ключ; VD3 - зворотний діод двигуна; ДС - датчик струму навантаження; ВСО - вузол струмообмеження, виконаний по оригінальній схемі [27].

До безумовних переваг наведеного схемного рішення слід віднести такі: простота, що обумовлює загальне спрощення конструкції; можливість реалізації квазіоптимального способу регулювання без формування закону цього регулювання додатковими пристроями; функціонування перетворювача без будь-яких ВДЖ; значне зниження втрат енергії у колах управління; низька собівартість пристрою; універсальність - може використовуватись як силовий транзисторний перетворювач у транспортних системах електроживлення (до 100В та до 6 кВт), а також як система управління тяговими тиристорними перетворювачами без будь-яких обмежень.

У роботі проведено докладний аналіз регулювальних та енергетичних характеристик перетворювача.

В ІЕД НАН України за участю автора було розроблене силове стендове обладнання, що складається з незалежного джерела живлення, засобів перетворення, управління та вимірювання енергобалансу і призначене для забезпечення повнофункціональних контрольованих випробувань перетворювачів, систем управління, тягових двигунів та допоміжного електрообладнання СЕЖ АЕЗ. За його допомогою проведено широкий перелік експериментальних досліджень та випробувань, у яких з достатньою точністю були відтворені особливості руху та навантажень транспортних засобів.

Перелік головних розробок систем електроживлення для вітчизняних електромобілів, електроциклів, технологічного внутрішньозаводського електротранспорту та КЕМ з зазначенням особливостей виконання та застосування цих розробок наведено у табл.3. Беручи до уваги системні підходи до аналізу енергетичних показників КСЕЖ АЕЗ та функціонування СУБ і універсальність запропонованих в роботі методів визначення параметрів таких систем та способів управління ними, можна зробити висновок, що результати даної роботи можуть бути використані при проектуванні більшості із існуючих типів систем електроживлення автономних електротранспортних засобів.

У додатках наведені: числові значення коефіцієнтів рівнянь для параметрів схеми заміщення АБ; приклади деяких характеристик модуля тягової Li-ion батареї фірми SAFT; система електроживлення ЕМ, побудована на основі методу керування приводом постійного струму з двигуном незалежного збудження за допомогою позитивного зворотного зв'язку по швидкості; матеріали впровадження результатів дисертації.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку теорії побудови високоефективних комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів за рахунок системного підходу до аналізу енергетичних показників таких систем, розробки принципів їх раціональної побудови і використання нових методів та засобів управління ними.

Отримані результати в сукупності забезпечують розвязання важливої науково-прикладної проблеми - підвищення енергетичної ефективності комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів і полягають в наступному.

1. Виконано порівняльний аналіз існуючих методів підвищення ефективності функціонування комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів. Показано, що зменшення енергоспоживання, покращення надійнісних та ергономічних показників АЕЗ можна досягти при комплексному вирішенні наступних задач: раціональному виборі елементів системи; застосуванню ефективних методів та засобів управління такими системами та забезпеченню умов раціонального енергообміну в них.

2. Запропоновано метод визначення параметрів схеми заміщення акумуляторної батареї автономного електротранспортного засобу, який дає змогу адекватно оцінити величину реактивних компонентів схеми заміщення АБ при її навантаженні на імпульсний силовий перетворювач, що має місце у будь-якій комбінованій системі енергоживлення АЕЗ.

3. Проаналізовано енергетичні показники системи тягового приводу ЕМ постійного струму з урахуванням нелінійності внутрішнього опору АБ та індуктивності тягового двигуна, що дозволило визначити оптимальні, з точки зору максимального ККД системи, параметри управління такою системою.

4. Розроблено класифікацію сучасних автономних електротранспортних засобів за ознакою їх “екологічної еволюції” від автомобіля до “чистого” електромобіля.

5. Сформульовано та обгрунтовано головні положення нового методу визначення параметрів елементів комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів, що дозволяє ще на етапі проектування визначити оптимальні параметри основних компонентів таких систем

6. Розроблено методи та засоби керування елементами систем енергоживлення комбінованих транспортних засобів на базі двигуна внутрішнього згоряння, що дозволяють досягти максимальних енергоефективності, екологічності та паливної економічності таких транспортних засобів.

7. Систематизовано вимоги до функціонування систем управління акумуляторними батареями АЕЗ. Запропоновано метод визначення ступеня заряду акумуляторної батареї за допомогою довідкових таблиць та метод визначення кількості циклів заряд - розряд АБ на основі підрахування від'ємних змін значення СЗБ, на базі яких була створена система управління АБ АЕЗ, в якій враховуються всі фактори експлуатації та зберігання батареї. Крім того, ці методи дали змогу підвищити точність та спростити процес підтримання ступеня заряду батареї у заданих межах, що є необхідним для виконання того, чи іншого методу управління комбінованими системами енергоживлення автономних електротранспортних засобів.

8. Розроблено метод моделювання процесу виникнення та розповсюдження кондуктивних електромагнітних завад у системах енергоживлення автономних електротранспортних засобів та спосіб зменшення впливу різних видів завад на елементи таких систем.

9. Використання запропонованих в роботі теоретичних положень дозволило створити високоефективні системи енергоживлення комбінованих електромобілів на основі двигуна внутрішнього згоряння та на основі електрохімічного генератора.

10. Запропоновано метод визначення ефективності двозонного регулювання привода постійного струму АЕЗ та розроблено алгоритм, який дозволяє моделювати можливі зміни в законах руху АЕЗ в залежності від зміни параметрів машини та умов руху з урахуванням позитивного зворотного зв'язку за швидкістю у другій зоні регулювання привода постійного струму з тяговим двигуном з незалежним збудженням.

11. Запропоновано транзисторний широтно-частотний регулятор, який має просте схемотехнічне рішення; забезпечує реалізацію високоефективного, з точки зору енергетичних показників тягового привода, регулювання з усталеними пульсаціями струму двигуна; є універсальним - може використовуватись як силовий транзисторний перетворювач у транспортних системах електроживлення (до 100В та до 6 кВт), а також як система управління тяговими тиристорними перетворювачами без будь-яких обмежень.

12. Запропоновано пристрій для моніторингу та фіксації параметрів системи енергоживлення комбінованого електромобіля, який дає змогу здійснити контроль поточного стану тягових акумуляторних батарей, визначення абсолютних та питомих показників споживання та витрат енергії у таких системах.

13. Розроблено силове стендове обладнання, що складається з незалежного джерела живлення, засобів перетворення, управління та вимірювання енергобалансу дозволяє проводити широкий перелік експериментальних досліджень та випробувань з достатньою точністю відтворення особливостей руху та навантажень транспортних засобів.

14. Результати досліджень є досить універсальними і можуть бути застосовані при проектуванні більшості із існуючих автономних електротранспортних засобів.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Юрченко Н. Н., Юрченко О. Н. Системы электропитания бортовых технологических установок, работающих в космосе / Ин-т электродинамики НАН Украины. - К.: Евроиндекс, 2001. - 144 с. - Библиогр.: с. 136 - 141.

2. Бойко П. С., Юрченко О. М., Павлов В.Б., Павленко В. Є. Пристрій для моніторингу та фіксації параметрів системи електроживлення гібридного електромобіля: Збірник наукових праць. - Київ: ІЕД НАН України, 2005. - №3(12).- С. 29 - 33.

3. Волков И.В., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н. Концепция и средства контроля емкости аккумуляторных батарей // Технічна електродинаміка.- 1998.- №3.- С.33-36.

4. Волков И.В., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н. Реверсивный счетчик ампер-часов для стационарных и тяговых аккумуляторных батарей // Технічна електродинаміка.- 1998.- №3.- С.32.

5. Овчаренко А.А., Юрченко О.Н., Скиданов В.М., Павлов В.Б., Рычков В.А. Анализ работы транзисторного импульсного преобразователя // Техническая электродинамика.- 1994.- №2.- С.42-45.

6. Павлов В. Б., Мостовяк І. В., Юрченко О. М.. Метод визначення ефективності двозонного регулювання привода постійного струму електромобіля // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2003.- Ч. 4. - С. 74 - 77.

7. Павлов В. Б., Мостовяк І. В., Юрченко О. М.. Дослідження ефективності двозонного регулювання швидкості електромобіля з приводом постійного струму // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. -2004.- Ч. 2.- С. 101 - 104.

8. Павлов В.Б., Скіданов В.М., Юрченко О.М. Спосіб двозонного управління перетворювачами у транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв'язком по швидкості // Технічна електродинаміка.- 1998.- №6.- С.34-38.

9. Павлов В.Б., Юрченко О.М. Аналіз балансу енергії двох режимів руху електромобіля: Збірник наукових праць. - Київ: ІЕД НАН України, 2002. - №3(3).- С. 77 - 80.

10. Павлов В. Б., Юрченко О. Н.,Павленко В. Е., Попов А. В. Современные системы энергообеспечения электротранспортных средств с автономными источниками питания // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. -2005.- Ч. 3. - С. 44 - 45.

11. Рычков В.А., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н., Овчаренко А.А. Эффективный преобразователь для низковольтного электротранспорта // Энергетика и электрификация.- 1992.- №4.- С.49-51.

12. Рычков В.А., Овчаренко А.А., Юрченко О.Н., Павлов В.Б., Скиданов В.М. Низковольтный импульсный преобразователь напряжения // Техническая электродинамика.- 1993.- №4.- С.27-31.

13. Шидловська Н. А., Павлов В. Б., Юрченко О. М.. Аналіз енергетичних показників системи електроживлення електромобіля з урахуванням нелінійних елементів: Збірник наукових праць. - Київ: ІЕД НАН України, 2004. - №3(9).- С. 19 - 24.

14. Шидловский А.К., Павлов В.Б., Скиданов В.М., Юрченко О.Н. Сравнительный анализ систем тяговых приводов электромобилей: Збірник наукових праць. - Київ: ІЕД НАН України, 1999. - №1.- С. 53 - 64.

15. Шидловський А.К., Павлов В.Б., Скіданов В.М., Юрченко О.М. Концепція побудови автономних транспортних систем енергоживлення з засобами силової електроніки // Технічна електродинаміка. Спеціальний випуск 2. - 1998.- Т.2.- С.47-50.

16. Шидловский А. К., Павлов В. Б., Юрченко О. Н. Гибридный электромобиль // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2001.- Ч. 2. - С. 21 - 28.

17. Шидловський А. К., Павлов В. Б., Юрченко О. М. Перший український гібридний електромобіль // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2003.- Ч. 3. - С. 25 - 26.

18. Шидловский А.К., Скиданов В.М., Павлов В.Б., Юрченко О.Н. Энергетические показатели систем автономного электропривода с комбинированным широтно-импульсным регулятором // Техническая электродинамика.- 1989.- №3.- С.31-37.

19. Шидловський А.К., Скіданов В.М., Павлов В.Б., Юрченко О.М. Дослідження ефективності рекуперативного гальмування електромобіля // Технічна електродинаміка.- 1998.- №1.- С.22-30.

20. Шидловский А.К., Юрченко О.Н., Скиданов В.М., Павлов В.Б. Анализ энергетических показателей источника вторичного электропитания для низковольтных потребителей транспортных средств // Техническая электродинамика.- 1989.- №4.- С.27-31.

21. Юрченко О. М., Герасименко П. Ю. Визначення стану заряду джерел живлення автономних електротранспортних засобів: Збірник наукових праць. - Київ: ІЕД НАН України, 2007. - №2(17).- С. 73 - 80.

22. Юрченко О. М., Павлов В. Б. Метод визначенні встановленої енергоємності тягової акумуляторної батареї електромобіля // Технічна електродинаміка. - 2002. - №2. - С. 52 - 55.

23. Юрченко О. М., Павловський В.О.,Твердохліб Ю. О. Електромагнітна сумісність в автономних електротранмпортних засобах// Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2007.- Ч.2. - С. 103-106.

24. Юрченко О. М. Метод визначення параметрів компонентів систем енергоживлення автономних комбінованих електротранспортних засобів // Технічна електродинаміка. - Тематичний випуск “Силова електроніка та енергоефективність”. - 2006.- Ч. 2. - С. 111-115.

25. Юрченко О. М. Особливості роботи двигунів внутрішнього згоряння в складі комбінованих енергоустановок гібридних електромобілів: Збірник наукових праць. - Чернігів: Чернігівський Державний технологічний університет, 2005. - № 25. - С.51 -61.

26. Юрченко О.М. Способи керування системами енергоживлення комбінованих автономних електротранспортних засобів // Технічна електродинаміка. - 2007.- №1.- С. 47-51.

27. Электропривод постоянного тока: А.с. 1610587 СССР. МКИ H 02 P 5/16. / В.Б. Павлов, В.А. Рычков, В.М. Скиданов, О.Н. Юрченко, А.В. Андрияшев- №4611066/24; Заявл. 31.10.88; Опубл. 30.11.90, Бюл. №44.- 3с.

28. Устройство для управления электродвигателем постоянного тока: А.с. 1653116 СССР, МКИ H 02 P 5/16. / В.Б. Павлов, В.М. Скиданов, О.Н. Юрченко (СССР). - №4702733/07; Заявл. 06.06.89; Опубл. 30.05.91, Бюл. №20.- 3с.

29. Пат. 46315 А, Україна, МПК6Н 01 М 10/46, Н 02 Р 9/00. Система електроживлення гібридного електромобіля / А. К. Шидловський, В. Б. Павлов, О.М. Юрченко. - Заявл. 18.06.01; Опубл. 15.05.02, Бюл. № 5.

30. Пат. № 47021А,Україна, МПК В60К1/100. Електроцикл / В. Б. Павлов, О. М. Юрченко, Ю. О. Твердохліб, В. А. Запольський, В. Є. Павленко. - Заявл. 18.06.01; Опубл. 17.06.02, Бюл. № 6.

31. Пат. 60493 А, Україна, МПК6 H02J7/00, Н02Р9/00, Н01М10/46. Система електроживлення гібридного електромобіля / А. К. Шидловський, В. Б. Павлов, О. М. Юрченко. - Заявл. 17.10.02; Опубл. 15.10.03, Бюл. № 10.

32. Пат. № 65251 А, Україна, МПК Н02Р9/00,Н02J7/00. Спосіб двозонного управління перетворювачами в транспортних електроприводах з позитивним зворотнім зв'язком по швидкості / В. Б. Павлов, І. В. Мостовяк, О.М. Юрченко, В.Є. Павленко. - Заявл. 25.06.03; Опубл. 15.03.04, Бюл. №3.

33. Пат. № 75459, Україна, МПК Н02Р7/00,G05B5/00. Пристрій регулювання та синхронізації швидкості обертання мотор-коліс електротранспортного засобу / Шидловский А.К., Cокіл Є.І., Павлов В. Б., Юрченко О. М. Павленко В. Е. - Заявл. 28.04.04; Опубл. 17.04.2006, Бюл. №4.

АНОТАЦІЇ

Юрченко О. М. Комбіновані системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена розвитку теорії побудови високоефективних комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів за рахунок системного підходу до аналізу енергетичних показників таких систем, створення методології їх раціональної побудови, розробки нових методів та засобів управління ними.

Розроблено метод визначення оптимальних параметрів елементів комбінованих систем енергоживлення автономних електротранспортних засобів, нові способи та алгоритми керування елементами таких систем, що дозволяють досягти максимальних енергоефективності, екологічності та паливної економічності таких систем; запропоновано новий метод визначення поточного ступеня заряду джерел живлення автономних електротранспортних засобів, що є одним із основних показників при організації керування комбінованими системами енергоживлення.

На основі результатів виконаних теоретичних та практичних досліджень розроблено системи енергоживлення різноманітних автономних електротранспортних засобів.

Ключові слова: комбінована система енергоживлення, енергоефективність, ККД, система управління, акумуляторна батарея.

Юрченко О. Н. Комбинированные системы энергопитания автономных электротранспортных средств. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2008.

Диссертация посвящена развитию теории построения комбинированных систем энергопитания автономных электротранспортных средств за счет системного подхода к анализу энергетических показателей таких систем, создания методологии их рационального построения, разработки новых методов и средств управления ими.

В работе проведен сравнительный анализ существующих методов повышения эффективности функционирования комбинированных систем энергопитания автономных электротранспортных средств. Показано, что уменьшение энергопотребления, улучшение надежностных и эргономических показателей таких систем можно достичь при комплексном решении следующих задач: оптимальному, с точки зрения энергоэффективности, выбору элементов комбинированных систем энергопитания; использованию эффективных методов и средств управления такими системами и обеспечению рационального энергообмена в них.

В работе разработана классификация современных автономных электротранспортных средств по признаку “экологической эволюции” от автомобиля к “чистому” электромобилю.

Разработан новый метод определения параметров элементов комбинированных систем энергопитания автономных электротранспортных средств, при котором, исходя из полного расхода энергии для выполнения необходимого цикла движения, с учетом удельных показателей источника питания и его разрядных характеристик, а также стратегии управления системой определяют рациональные, с точки зрения энергоэффективности параметры основных элементов таких систем.

Разработан и проанализован новый метод определения текущей степени заряда источника питания автономного электротранспортного средства, который базируется на использовании справочных таблиц для этого источника.

Разработаны новые методы управления комбинированными системами энергопитания автономных электротранспортных средств, которые за счет поддержания величины степени заряда аккумуляторной батареи в необходимом диапазоне и обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания в оптимальном режиме позволяют достичь повышения энергоэффективности, экологичности и топливной экономичности таких систем.

Исследованы процессы, протекающие в системе электропитания электромобиля, базирующейся на приводе постоянного тока с двигателем с независимым возбуждением и с положительной обратной связью по скорости. Предложен новый метод определения эффективности двухзонного управления в такой системе.

Предложен метод определения параметров элементов схемы замещения аккумуляторной батареи автономного электротранспортного средства, который дает возможность адекватно оценить величины реактивных компонентов этой схемы для случая, когда нагрузкой АБ является импульсный силовой преобразователь, что имеет место в любой системе энергопитания таких транспортных средств.

Проведен анализ энергетических показателей системы тягового привода электромобиля постоянного тока с учетом нелинейности внутреннего сопротивления аккумуляторной батареи и индуктивности тягового электродвигателя, что позволило определить оптимальные, с точки зрения максимального КПД системы, параметры управления такой системой.

Проанализированы процессы возникновения и распространения электромагнитных помех в комбинированных системах энергопитания автономных электротранспортных средств. Предложен метод моделирования этих процессов в таких системах.

Базируясь на результатах теоретических исследований разработаны высокоэффективные системы энергопитания автономных электротранспортных средств, в частности на базе двигателя внутреннего сгорания и на базе электрохимического генератора. Обе системы запатентованы.

На основании предложенных методов определения степени заряда аккумуляторной батареи (СЗБ) при помощи справочных таблиц и определения количества циклов заряд - разряд батареи при помощи подсчета отрицательных изменений СЗБ была разработана система управления функционированием аккумуляторной батареи системы энергопитания автономного электротранспортного средства, в которой учитываются все факторы ее эксплуатации и хранения. Целью создания такой системы управления является повышение эффективности использования батареи и продление ее срока службы.

Для широкого класса маломощных автономных электротранспортных средств предложен транзисторный широтно-частотный регулятор, который имеет простое схемотехническое решение и обеспечивает реализацию высокоэффективного, с точки зрения энергетических показателей тягового привода, регулирования с постоянными пульсациями тока двигателя.

Разработан комплекс силового стендового оборудования для проведения экспериментальных исследований различных типов систем энергопитания автономных электротранспортных средств, позволяющий моделировать ранообразные циклы движения и контролировать энергобаланс во всех режимах роботы.

Приведены результаты экспериментальных исследований, которые подтверждают теоретические положения диссертации.

Ключевые слова: комбинированная система энергопитания, энергоэфективность, КПД, система управления, аккумуляторная батарея.

Yurchenko O. M. Hybrid energy supply systems for electric vehicle. -- Manuscript.

The dissertation paper for a doctors degree competition on specialty 05.09.03- the electrotechnical complexes and systems. - The Institute of Electrodynamics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2008.

This dissertation paper is devoted to the development of theory of high-effective hybrid energy supply systems for electric vehicles creating based on systematic approach to analysis of energetic characteristics of such systems, methodology of their rational creation, and developing new methods and means to control them.

The method of defining optimal parameters of hybrid energy supply systems for electric vehicle was developed. There were also developed new methods of control the elements of such systems which allow reaching maximal energy efficiency, ecological compatibility and fuel economy. A new method of detecting current state of charging the source of power of hybrid electric vehicle, which is one of basic figures while organizing the operating of combined power supply systems was proposed as well.

The development of different hybrid electric vehicles energy supply systems was based on the results of theoretical and practical experiments.

Key words: hybrid energy supply system, energy efficiency, coefficient of efficiency, control system, accumulator battery.

Размещено на Allbest.ru