МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
130
При выборе «энергетических» параметров обычно необходимо исследовать
основные энергетические показатели движения электромобиля (пробег, расход
энергии при движении, расход энергии на единицу пути и грузоподъемности,
удельная энергия батареи), на основании которых производить выбор типа и массы
комплекта батарей.
Часто рассматриваются четыре типа тяговых аккумуляторных батарей
(ТАБ): свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литий-
ионные. Для оптимизации соотношения между грузоподъемностью и пробегом при
выборе массы комплекта батарей электромобиля
используется понятие
транспортной работы:
A=Gэ·L
, т·км
где
Gэ
– грузоподъемность электромобиля (кг);
L
– пробег (км).
В представленной методике выбор типа и массы комплекта батарей
основывается только на анализе энергетических показателей, тягово-скоростные и
экономические показатели не учитываются. Влияние параметров трансмиссии и
параметров электродвигателя не исследовалось. Для использования МЭД и метода
Шеферда в представлении процесса разряда батарей необходимо наличие
экспериментальных разрядных характеристик (то есть проведение эксперимента), с
помощью которых определяются коэффициенты уравнения кривой разряда при
различных значениях силы тока. При таком подходе получаются максимально
достоверные
результаты
исследования.
Однако,
ввиду
многообразия
представленных на рынке типов батарей и производителей, процесс выбора,
согласно представленной методике, требует больших затрат времени и средств.
Выбор оптимального значения емкости, определяющего массу комплекта
батарей, основывается на обеспечении заданного пробега. Пробег электромобиля
является единственным энергетическим показателем. В
качестве тягово-
скоростного показателя выступает скорость движения автомобиля, при которой
достигается максимальный пробег. Данная скорость не задается в качестве
исходных данных, а определяется, исходя из критерия оптимизации.
Представленная в методике математическая модель описывает связь между
силами, действующими на колесо, и глубиной разряда батареи. В данном случае
показывается зависимость степени разряда батарей от грузоподъемности
электромобиля. Для определения отданной и обеспечиваемой емкостей батареи
используются следующие соотношения:
где CRn – отданная емкость ТАБ в нагрузку (Ач); CSn – обеспечиваемая
емкость ТАБ (Ач); k – экспонента Пекерта; δt – время (с); I – ток разряда (А).
Глубина разряда батареи DODn является отношением отданной емкости к
емкости Пекерта (Ср):
С помощью разработанного алгоритма определяется
степень разряда АКБ,
исходя из отданной в нагрузку мощности и рекуперации при торможении.
Зависимость глубины разряда АКБ имеет линейный характер, и дальность
пробега убывает с ростом массы полезного груза (рис. 1). В результате
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
131
исследования определяется оптимальная скорость движения, которая в данном
примере составляет 30 км/ч. Положение максимума дальности пробега связано с
наличием определенного эксплуатационного крутящего момента электродвигателя.
Определение оптимальных значений емкости и скорости происходит с
помощью обобщенной методики двухпараметрической оптимизации (параметры х
и у) методом градиентного спуска.
Представленная методика оптимизации позволяет найти оптимальные
значения емкости ТАБ и скорости движения по критерию максимального пробега
электромобиля. Определение оптимальной скорости движения электромобиля дает
представление о его применении. Методика
имеет узкую направленность,
поскольку в ней рассматривается только один конструктивный параметр.
Рис. 1. Дальность пробега: а) – зависимость глубины разряда батареи DOD
от дальности пробега d в стандартном цикле; б) – зависимость дальности пробега d
от скорости v.
Автомобиль
является
сложной
системой,
поэтому
выбранный
конструктивный параметр на основе одного показателя или нескольких показателей
одной группы может привести к ухудшению других показателей. Так, например,
наибольший пробег достигается при максимально возможной емкости ТАБ,
увеличение которой ведет к повышению массы комплекта батарей, его стоимости,
и, следовательно, к уменьшению грузоподъемности. При неизменной
грузоподъемности увеличивается расход энергии, а также ухудшаются тягово-
скоростные показатели. Представленные графики
зависимости степени разряда
батарей и дальности пробега при трех значениях грузоподъемности не дают
представления в целом о зависимости данных параметров от грузоподъемности,
которая является одним из основных показателей конкурентоспособности
автомобиля.
При выборе «силовых» параметров используется математическая модель,
позволяющая в едином координатном базисе описать взаимосвязь между
условиями движения электромобиля и работой тяговой системы. На основании
математической модели упорядочивается определение параметров и характеристик
силовых агрегатов привода. Исходя из заданных требований к основным
эксплуатационным показателям, строится характеристика тягового баланса
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
132
электромобиля (рис. 2.), которая в дальнейшем преобразуется в механическую и
нагрузочную характеристику тягового электродвигателя (ТЭД) (рис. 3).
Рис. 2.
Характеристики тягового
баланса электромобиля
Рис. 3. Механическая и нагрузочная
характеристики ТЭД
Данная методика позволяет подойти к выбору электродвигателя более
детально. Первое ее отличие от методики выбора электродвигателя с помощью
тягового расчета – это исследование не только механических параметров, но и
электрических. Второе отличие – принципиальный подход. В тяговом расчете
выбор электродвигателя осуществляется на основании анализа эксплуатационных
показателей электромобиля при установке различных вариантов электродвигателя
(модель: электродвигатель – колесо – дорога).
