Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Бортовые источники и накопители энергии автотранспортных средств с тяговыми электроприводами

Введение

Бортовые источники и накопители энергии автотранспортных средств с тяговыми электродвигателями основаны на использовании следующих устройств:

  • • двигатели внутреннего сгорания с электрогенераторами;
  • • электрохимические генераторы;
  • • солнечные батареи;
  • • тяговые аккумуляторные батареи;
  • • емкостные накопители энергии;
  • • маховиковые накопители энергии.

Выработанная и накопленная электроэнергия потребляется тяговыми электроприводами и дополнительными потребителями энергии.

Первый электромобиль был создан Робертом Дэвидсоном в 1838 г. в Англии — значительно раньше автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, всего через шесть лет после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции. Это была огромная машина с ваннами, заполненными серной кислотой, с очень маленькой скоростью. Поначалу он опережал обычный автомобиль по объему выпуска и скорости передвижения — к 1912 г. в США было изготовлено более 10 тыс. электромобилей, однако позже не смог стать его конкурентом. Произошло это из-за недостатка емкости существовавших тогда аккумуляторов и несовершенной конструкции электропривода. Тяговый электродвигатель в таких машинах получал питание от батарей со свинцовыми аккумуляторами емкостью всего 20 Вт/ч кг. Однако с приходом XXI в. топливных элементов питания и, конечно же, свежих идей (в том числе и отечественных) многие производители автомобилей дают электромобилю второй шанс. Будет ли он удачным? Для этого ответа надо рассмотреть существующие решения, проанализировать все достоинства и недостатки.

Ухудшение экологической обстановки, обусловленное вредным воздействием автотранспорта, в городах носит катастрофический характер в первую очередь в связи с загрязнением воздушного бассейна выбросами вредных веществ автомобильных двигателей, поэтому приоритетной задачей проектирования городских автомобилей является снижение количества выбросов вредных веществ и улучшение топливно-экономических показателей проектируемых автомобилей. В первые годы после появления автомобиля примерно половина выпускаемых моделей имела электрический привод. Однако через несколько лет он был практически полностью вытеснен двигателем внутреннего сгорания (ДВС), хотя кривая протекания крутящего момента электрического двигателя как нельзя лучше подходит автомобилю и позволяет отказаться от сцепления и коробки передач. Максимальный крутящий момент электрический двигатель развивает при трогании с места, а с ростом оборотов его величина плавно убывает. Основными проблемами электромобиля до сих пор являются источники питания и система регулирования и управления приводом. Поэтому вспоминают об электроприводе только как об экологически чистой альтернативе автомобилю с ДВС в городах. Однако ни одна созданная в мире конструкция электромобиля не смогла еще удовлетворить даже самого невзыскательного потребителя. Причины этого — малый пробег без подзарядки, небольшая максимальная скорость, плохая динамика и сложности с зарядкой.

Известно, что современный автомобиль имеет достаточно хорошие показатели топливной экономичности и экологичности при равномерном движении в достаточно широком диапазоне рабочих скоростей. Однако, при движении в режиме городского цикла, представляющего собой постоянное чередование фаз разгона, равномерного движения, замедления и стоянки с работающим на холостом ходу двигателем, эти же показатели существенно ухудшаются. Причин несколько: недостаточное использование потенциальной мощности двигателя при движении с ограниченной в условиях города скоростью, вследствие чего двигатель работает с повышенными удельными расходами, постоянные затраты энергии на накопление автомобилем кинетической энергии, которая затем через короткий промежуток времени переводится в тепло и безвозвратно теряется в фазе служебного замедления автомобиля, бесполезная затрата энергии при работе двигателя в режиме холостого хода на служебной остановке при движении в режиме городского цикла.

С перечисленными недостатками можно вести борьбу разными методами: внедрением системы «стоп—старт», позволяющей исключить работу двигателя при служебной стоянке в режиме городского цикла внедрением систем рекуперации энергии торможения, гасящих накопленную при разгоне кинетическую энергию не фрикционными тормозами, а системой рекуперации, позволяющей в дальнейшем использовать эту энергию для разгона автомобиля. Можно увеличить степень использования мощности двигателя при равномерном движении с относительно невысокой скоростью городского цикла путем применения бесступенчатой передачи вместо ступенчатой трансмиссии, осуществляя при этом регулирование скорости равномерного движения не дросселированием двигателя, как это осуществляется при ступенчатых трансмиссиях, а путем регулирования частоты вращения ДВС при работе его по характеристике минимальных расходов.

Все перечисленные пути улучшения характеристик автомобиля при его работе в городском цикле ведут к значительному усложнению и удорожанию конструкции автомобиля, поэтому до настоящего времени не нашли широкого применения в массовом автостроении, кроме, пожалуй, бесступенчатых трансмиссий, однако и они еще недостаточно распространены.

В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений решения проблемы городского автотранспорта является применение гибридных силовых установок, позволяющих достичь требуемого улучшения экологических показателей автомобиля за счет сочетания преимуществ основного и пикового источника энергии путем разработки систем и оптимизации алгоритма их совместной работы, в основу которых положено движение автомобиля в городском цикле. Энергия основного источника (ДВС, топливные и полутопливные элементы) непрерывно расходуется в течение длительного времени, предназначена для преодоления силы сопротивления движения автомобиля. Энергия пикового источника (тяговая аккумуляторная батарея (ТАБ), емкостной накопитель энергии (ЕНЭ), маховиковый накопитель энергии (МНЭ)), обладающего свойствами накопителя, затрачивается на преодоление сопротивления силы инерции (разгон автомобиля). Пиковый источник энергии (накопитель) заряжается за счет избыточной (не реализуемой при движении в данной стадии городского цикла) энергии основного источника, а также за счет рекуперации кинетической энергии при замедлении и во время рабочих остановок [2].

Электроприводные автотранспортные средства (АТС) занимают значительную часть в общем парке АТС ведущих стран мира. Это троллейбусы, электромобили, гибридные автомобили, карьерные самосвалы, автопоезда и др.

По сравнению с обычными АТС электроприводные имеют ряд достоинств: экологическая чистота; широкие возможности индивидуального управления скоростью и моментом каждого тягового электродвигателя (ТЭД), входящего в состав АТС, в зависимости от условий движения; оптимальные режимы работы источников энергии, что особенно важно для ДВС; отсутствие механической части трансмиссии в классическом виде. Передача энергии от источников к ведущим осям и колесам осуществляется по электрическим кабелям, что исключает потери энергии в механических передачах. Указанные достоинства обеспечат электроприводным АТС более широкое применение в мировой практике будущего.

При разработке и проектировании АТС с тяговым электроприводом первостепенным и ключевым является вопрос: откуда брать энергию для питания ТЭД. Какие источники и накопители энергии и в каком сочетании используются для формирования комбинированной энергоустановки (КЭУ)? Ответам на эти вопросы посвящен данный учебник. В качестве источников энергии рассматриваются: ДВС-генератор; электрохимический генератор (ЭХГ); солнечная батарея (СБ). Эти источники используются совместно с накопителями энергии: тяговой аккумуляторной батареей (ТАБ); емкостным накопителем энергии (ЕНЭ); механическим накопителем энергии (МНЭ).

Рассмотренные возможности позволяют электромобилю значительно потеснить обычный автомобиль с ДВС. Особенно в условиях города, где важны вопросы экологии и есть время для зарядки накопителя энергии при стоянках на светофорах. Учитывая равнодушное отношение частных владельцев к экологии и значительную стоимость электромобиля, на данном этапе развития автомобилестроения следует задуматься о разработке государственных программ типа «Маршрутные такси» или «Городской автобус».

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы