Українська   English
 

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

С каждым днем на наших дорогах увеличивается количество автомобилей, с этим прогрессом параллельно увеличивается объёмы отравляющих и загрязняющих веществ производимых автомобилями. Нестабильная экономика регионов, повышение цен на топливо, множество причин заставляющих задуматься об альтернативах двигателю внутреннего сгорания. На помощь сложившейся ситуации могут прийти электромобили. На данным момент существует рая причин, не позволяющий свободно перейти на данный вид транспортных средств. В своей магистерской работе, я хочу уделить внимание основным проблемам. В данном реферате вам представлен краткий обзор по тематике электромобилей.

1. Актуальность темы

На сегодняшний день имеется ряд причин обуславливающих использование электроприводов как тяговых в транспортных средствах общего пользования. Под транспортными средствами общественного пользования подразумеваются и персональные автомобили, так как они составляют подавляющую часть от всех средств передвижения[3]. В их число также входят коммерческие автомобили, совершающие многочисленные ежедневные поездки по мегаполисам и пригородам крупных городов. Такие поездки могут не превышать 40-50км, но в условиях крупного города и огромного количества автомобильных заторов короткие расстояния покрываются за длительное время, в процессе неоправданно расходуется дорогостоящее топливо. Зачастую на крупных грузовых автомобилях грузоподъёмность не более 2,5т цифры расхода топлива могут превышать 20-25 литров на 100 километров, в связи с этим перевозка груза становится нерентабельной. В таких условиях ДВС становиться малоэффективен, в сравнении с электрическим аналогом двигателя, так как затраты на топливо несоизмеримы с прибылью от перевозки, либо цена перевозки становиться не по карману заказчику. В связи с увеличением автомобилей на наших дорогах ситуация рассмотренная как некий пример будет обостряться с каждым годом. На помощь этому пришли гибридные установки, ДВС работает в паре с ТЭД, довольно эффективное решение проблемы, позволяющее уменьшить затраты не только на топливо, но и на обслуживание транспортных средств, так как нагрузка на многие узлы уменьшается. Однако возникает новый ряд негативных, побочных явлений. В число минусов гибридной установки входит ее дороговизна. Покупая гибридный автомобиль, потребитель платит за дополнительные узлы и агрегаты позволяющие экономить топливо. Несмотря на экономию, необходимо учитывать расходы на плановое ТО, так как количество агрегатов увеличилось, число времени затраченного на работу пропорционально увеличилось. Примером могут послужить именитые бренды, где разница между обычным базовым автомобилем с ДВС и автомобилем с гибридной установкой того же производителя и той же модели составляет 5–7т долларов. Экономия сводится на нет, если транспортное средство совершает минимальное количество поездок в год, где затраченная сумма на покупку и техническое обслуживание едва выходит в среднюю. Данную совокупность проблем может решить электромобиль, где источником является аккумуляторная батарея. Данный вид транспорта сводит на нет многие из перечисленных недостатков других систем. Электромобиль гораздо эффективней в городских условиях, так как затраты на топливо сводятся к нулю, затраты на обслуживания и плановые технические мероприятия сокращаются[6]. Электромобиль, находясь в условиях мегаполиса, эксплуатируется, так как и автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, однако основным и единственным недостатком является ограничение в пробеге. В большинстве случаев пробег на одном заряде ограничен в пределах 250-350км. На сегодняшний день лидером автомобильного сегмента является производитель Tesla motors. Tesla быстро завоевала рынок благодаря своей модели model S, автомобиль хвастает пробегом на одном заряде в районе 500 километров, дальность пробега в отличии от конкурентов увеличена белее чем в два раза. Компания получила столь огромную известность, благодаря производству не только электромобилей, но и применению инновационных решений при автомобиле строении. Сразу можно отметить, что модели model S отличаются повышенной безопасностью, благодаря отсутствию двигателя в передней части автомобиля. Вследствие данного отказа увеличилась зона деформации при столкновении [5].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью магистерской работы является исследование систем управления электроприводами в электромобилях, выявление недостатков, систем в условиях нашего региона, определение наиболее эффективных методов управления для эффективного использования аккумуляторной батареи.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Изучить литературу по электромобилям.
  2. Выявить наиболее эффективные системы управления, использующиеся на сегодняшний день.
  3. Разработать математическую модель.
  4. На основании проведенного анализа определить наиболее эффективные методики управления.
  5. Определить целесообразность использования электромобиля в условиях нашего региона.

    6. Планируемые результаты:

    1. Выявление наиболее эффективной системы управления, повышение производительности электромобиля.
    2. Увеличение запаса хода, выявление наиболее оптимального режима работы, с меньшими потерями для аккумуляторной батареи.

3. Обзор исследований и разработок

3.1 Обзор литературных источников

В начале века новаторы в Венгрии, Нидерландах и США, в том числе кузнец из Вермонта, начали заниматься концепцией автомобиля с питанием от батарей и создали некоторые из первых небольших электрических автомобилей. И хотя Роберт Андерсон, британский изобретатель, разработал первую электрическую повозку, в это же время, только во второй половине XIX века французские и английские изобретатели построили одни из первых практичных электромобилей.

В течение следующих нескольких лет электромобили от разных автопроизводителей начали появляться по всему Нью-Йорку и даже имели авто-флот из более чем 60 электрических такси. К 1900 году электромобили были в расцвете, на которые приходилось около трети всех автомобилей на дороге. В течение следующих 10 лет они продолжали демонстрировать сильные продажи.

Электрические автомобили быстро стали популярными среди городских жителей. Они были идеальны для коротких поездок по городу. По мере того, как в 1910 году все больше людей получили доступ к электричеству, стало легче заряжать электромобили. В то время многие новаторы обратили внимание на высокий спрос на электромобиль, изучая пути совершенствования технологии. Например, Фердинанд Порше, основатель одноименной спортивной автомобильной компании, разработал электрический автомобиль под названием P1 в 1898 году. Тем не менее, массовая модель Генри Форда, модель T, нанесла удар по электромобилям. Представленная в 1908 году модель T сделала автомобили с бензиновым двигателем более доступными[2].

В то время как электромобили во второй половине 20-го века помогли продемонстрировать миру обещанные технологии, подлинное возрождение электромобиля произошло не раньше начала XXI века. Поистине огромным событием, которое помогло изменить электромобили, стало объявление в 2006 году о том, что небольшой сталелитейный завод, Tesla Motors, начнет производство роскошного электрического спортивного автомобиля, который может проехать более 200 миль за один заряд.[1]

Система электрического привода транспортного средства включает в себя:

• Аккумуляторная батарея высокого напряжения с блоком управления для регулирования батареи и зарядного устройства.

• Электродвигатель / генератор с электронным управлением (силовой электроники) и системы охлаждения.

• Коробка передач включая дифференциал.

• Тормозная система.

Конфигурации привода:

Существует несколько вариантов привода электромобиля. Транспортное средство приводится в движение, по меньшей мере, при помощи одного электродвигателя. Он может быть выполнен в виде привода непосредственно на четыре колеса или на ведущую ось.

Колеса соединены непосредственно с двигателями. Концепция колеса используется для электрических скутеров, электрических велосипедов и инвалидных кресел.

Рисунок 1 – Колеса соединены непосредственно с двигателями

    Преимущества :

  1. Технически возможен полный привод.
  2. Выходные оси моторов подключены непосредственно к колесам.
  3. Высокая эффективность, минимизированы потери.
  4. Возможность рекуперативного торможения.
  5. Не требуются привода.
  6. Не требуется дифференциал.

Недостатки :

  1. Неподрессоренная масса колеса выше, чем у обычного.
  2. Контроль тяги гораздо сложнее, так как двигатели должны управляться -синхронно.
  3. Ограниченное пространство крепежа колеса.
  4. Высокая масса приводных компонентов (инерция и крутящий момент всего транспортного средства уменьшается).

Колеса соединены с двигателями через механическую коробку передач и приводные валы. Момент от двигателя поступает на коробку передач, передается на редуктор или дифференциал, после чего уже на колеса.

Рисунок 2 – Колеса соединены с двигателями через механическую коробку передач и приводные валы

Преимущества:

  1. Возможность реализации полного привода.
  2. Возможны варианты комбинации (HEV / PHEV / RXHEV) .
  3. Возможна интеграция в существующую концепцию транспортного средства.

Недостатки:

  1. Требуются связующие элементы.
  2. Потери при передачи момента.

    3. Рисунок 3 – Volkswagen Golf Blue-E-Motion

    Примером электромобиля от Volkswagen является Golf Blue-E-Motion. Является электрически транспортным средством, без двигателя внутреннего сгорания. Аккумулятор может заряжать только с помощью рекуперативного торможения или внешнего источника питания. В дополнении к системе высокого напряжения, транспортное средство имеет 12V бортовую сеть и 12В батарею питания. Электродвигатель / генератор на 85kW передает энергию на ведущие колеса, используя коробку передач и дифференциал.

    3.2 Система привода

    Рисунок 4 – Система привода электрического транспортного средства

    Система привода электрического транспортного средства выполняет такие же функции, что и в транспортном средстве, приводимом в движение двигателем внутреннего сгорания. Компоненты, используемые в EV очень отличаются от стандартного транспортного средства. В EV, передача не является необходимой. Коробка передач в стандартном транспортном средстве используется, чтобы дать автомобилю определенный крутящий момент или мощность на определенной скорости, путем изменения передаточного отношения в течение поездки. Изменение передаточного отношения определяется скоростью. Поскольку существует механический сдвиг от одного набора передач к другому, в частности, когда скорость увеличивается или уменьшается, ощущаются толчки.

    Электромобили используют электрический двигатель в качестве приводного элемента. Есть несколько различных конструкций системы приводов, используемых сегодня. Они включают в себя транспортные средства с одним большим электрическим двигателем, ранее упоминалось, соединенным с задними колесами через дифференциал. Другие конструкции используют два меньших двигатели для питания каждого колеса по отдельности с помощью независимых приводных валов. Наиболее эффективная конструкция на сегодняшний день использует двигатели, которые прикреплены непосредственно к колесу. За счет устранения приводных валов и дифференциалов, механические потери между двигателем и колесами минимальны. Электрическое транспортное средство включает в себя как систему привода, так и системы управления. Контроллер подает питание на двигатель от батарей. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию.

    В электрических транспортных средствах для обеспечения передачи мощности на колеса, чаще всего используется два типа электродвигателей. Двигатель постоянного тока (DC) и двигатель переменного тока (AC). Они оба имеют свои преимущества и недостатки, которые перечислены ниже.

    Одним из хорошо разрекламированных преимуществ электромобиля является рекуперативным торможением.

    В ранних версиях электрических транспортных средств с двигателями постоянного тока, простой контроллер переменного типа по средствам резисторов регулировал ускорение и скорость транспортного средства. При более низких скоростях, когда требуется мало энергии, высокое сопротивление было использовано для уменьшения тока к двигателю. Это приводило к большому проценту потерь энергии батареи, выделяемого в виде тепла, рассеиваемое на резисторе[7]

    Двигатель переменного тока

    		Двигатель постоянного тока

    Передача Односкоростная

    		Передача Многоскоростная

    Легкий вес

    		Тяжелее при эквивалентной мощности

    Дешевле

    		Более дорогой

    95% КПД при полной нагрузке

    		85-95% КПД при полной нагрузке

    Более дорогой контроллер

    		Простой контроллер

    (Двигатель,контроллер, преобразователь) дороже

    		(Двигатель / контроллер) дешевле

    3.3 Системы контроля

    Наиболее сложная и важная система в EV, является система управления. Система управления несет ответственность за управление работой электрического транспортного средства. Система управления принимает входные сигналы от оператора (водителя), сигналы от контроллера двигателя и также сигналы обратной связи от других систем в EV. Скорость, с которой система управления должна принимать данные из других систем, обрабатывать данные в алгоритме и выводить ответ на данные условия, должна выполняться за доли секунд. Это требует, наличие микроконтроллера, так же, как на компьютере, для выполнения своих задач. Хотя системы управления не являются идентичными, большинство сигналов обратной связи аналогичны. В таблице ниже перечислены общие компоненты системы управления и сигналы обратной связи, которые передаются в микропроцессор.

    Система управления должна непрерывно контролировать сигналы обратной связи, перечисленные выше. Например, если температура обмоток в двигателе становится слишком высокой, обмотки могут расплавиться. В некоторых современных системах управления, можно ограничить количество тока, который течет к двигателю. Это позволяет, приспособиться к стилю вождения, который соответствует конкретной ситуации[2].

    Выводы

    Развитие электромобилей довольно перспективное направление. В перспективе, при развитии данного вида транспорта, возможен полный переход от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, к автомобилям с электроприводом в роли тягового двигателя. Также, тем самым возможно решить проблемы в крупных городах, связанные с слишком высоким загрязнением воздуха.

    Список источников

    1. Basics of Electric Vehicles Design and Function // Volkswagen Group [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.Volkswagen Group of America свободный.
    2. Electric Vehicles // utc.edu [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.utc.edu свободный.
    3. Электромобиль// wikipedia [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ru.wikipedia.org свободный.
    4. Электромобиль Tesla // Tesla Motors [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.tesla.com свободный.
    5. Tesla Motors – электромобили, которые могут изменить мир // itc.ua [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.itc.ua свободный.
    6. Электромобиль – преимущества, недостатки, перспективы // innoeco.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.innoeco.ru свободный.
    7. Устройство электромобиля // hybmotors.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.hybmotors.ru свободный.
    8. Системы для электромобилей (EV) и гибридных электромобилей (EV) // toshiba.semicon-storage.com [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.toshiba.semicon-storage.com свободный.