Научная статья на тему 'МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ СИЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ НАГРУЗОЧНЫХ ЦИКЛОВ ДВИЖЕНИЯ'

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ СИЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ НАГРУЗОЧНЫХ ЦИКЛОВ ДВИЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
15
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
силовая энергоустановка / тяговый привод / моделирование / ездовой цикл WLTC / тяговые характеристики / энергия / electric power plant / traction drive / modeling / WLTC driving cycle / traction characteristics / energy

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Щуров Николай Иванович, Внуков Сергей Александрович

Основной проблемой проектирования тягового привода являются нестабильный уровень нагрузок электромобиля, большое количество разгонов и торможений, а также реверсивная работа тягового двигателя. Цель – разработка энергоэффективного привода на основе ездового цикла для электромобиля. В данной работе был проведен анализ ездового цикла WLTC, рассмотрены его основные характеристики на базе тестовых процедур при различных рабочих условиях. Выбрана мощность тягового электродвигателя (ТЭД) на базе характеристик выбранного транспортного средства (ТС), построены тяговые характеристики при различных параметрах ускорения, выбрана конкретная модель тягового двигателя. Выполнено моделирование тягового привода на основе цикла движения WLTC в программной среде “Matlab Simulink”, описаны основные блоки модели, выведены зависимости, подтверждающие адекватность математического моделирования. Выбран подходящий накопитель энергии на основе сравнительной таблицы аккумуляторных батарей. В конечном счете было выполнено моделирование силовой энергоустановки электромобиля с учетом нагрузочного цикла WLTC, при различных входных параметрах и условиях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Щуров Николай Иванович, Внуков Сергей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SIMULATION OF EFFECTIVE ELECTRIC VEHICLE POWER PLANT TAKING INTO ACCOUNT LOAD CYCLES OF MOTION

The main problems of this study include an unstable load level, a large number of accelerations and decelerations, as well as a reverse operation of the traction motor. The goal is to develop an energy efficient drive based on the driving cycle to solve the above problems. In this work, an analysis of the WLTC driving cycle was carried out and its main characteristics were studied on the basis of test procedures under various operating conditions. The electric motor (EM) power is calculated based on the characteristics of the selected vehicle. Traction characteristics are built for various acceleration parameters and a specific engine model is selected. The traction drive was simulated based on the WLTC motion cycle in the “Matlab Simulink” software environment. The main model blocks are described and dependencies confirming the adequacy of mathematical modeling are displayed on oscilloscopes. A suitable energy storage device has been selected based on the battery comparison table. Ultimately, the power plant of an electric car was simulated taking into account the WLTC load cycle, under various input parameters and conditions.

Текст научной работы на тему «МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ СИЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ НАГРУЗОЧНЫХ ЦИКЛОВ ДВИЖЕНИЯ»

_ДОКЛАДЫ АН ВШ РФ_

2023_апрель-июнь_№ 2 (59)

- ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ -

УДК 621.355, 629.34, 656.131

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ СИЛОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С УЧЕТОМ НАГРУЗОЧНЫХ ЦИКЛОВ ДВИЖЕНИЯ

Н.И. Щуров, С.А. Внуков

Новосибирский государственный технический университет

Основной проблемой проектирования тягового привода являются нестабильный уровень нагрузок электромобиля, большое количество разгонов и торможений, а также реверсивная работа тягового двигателя. Цель - разработка энергоэффективного привода на основе ездового цикла для электромобиля.

В данной работе был проведен анализ ездового цикла "МЫС, рассмотрены его основные характеристики на базе тестовых процедур при различных рабочих условиях. Выбрана мощность тягового электродвигателя (ТЭД) на базе характеристик выбранного транспортного средства (ТС), построены тяговые характеристики при различных параметрах ускорения, выбрана конкретная модель тягового двигателя. Выполнено моделирование тягового привода на основе цикла движения "ЪТС в программной среде "МаНаЪ БтиПпк", описаны основные блоки модели, выведены зависимости, подтверждающие адекватность математического моделирования. Выбран подходящий накопитель энергии на основе сравнительной таблицы аккумуляторных батарей.

В конечном счете было выполнено моделирование силовой энергоустановки электромобиля с учетом нагрузочного цикла "ЪТС, при различных входных параметрах и условиях.

Ключевые слова: силовая энергоустановка, тяговый привод, моделирование, ездовой цикл "ЪТС, тяговые характеристики, энергия.

Б01: 10.17212/1727-2769-2023-2-56-67

Введение

Нарастающее производство электромобилей в мировой практике влечет за собой увеличение количества требований к поддержанию уровня экологичности и экономичности при эксплуатации. Основные преимущества использования гибридных транспортных средств: снижение топливных расходов и выбросов вредных веществ в атмосферу. Данные факторы характерны и актуальны для городского электрического транспорта. Основным конструктивным решением данных проблем является разработка энергоэффективного привода [1].

Электропривод транспортного средства является электротехническим устройством, которое включает в себя наличие силовой энергоустановки, способной обеспечить все режимы движения электротранспортного средства. Силовая энергоустановка содержит: тяговый электродвигатель (ТЭД), аккумуляторный блок питания, систему управления батареей, контроллер и датчики, подающие сигналы на двигатель, преобразователь электрической энергии и устройство распределения мощности [2].

В качестве бортового накопительного устройства для электромобиля, как правило, применяются литий-ионные аккумуляторы, однако могут использоваться суперконденсаторы и топливные элементы [3].

Во время процесса зарядки аккумуляторной батареи происходит контроль таких параметров, как напряжение, ток, температура и текущее состояние уровня заряда [4].

2023 Щуров Н. И., Внуков С. А.

Анализ циклов движения позволяет оценить процессы деградации накопительного устройства при нормальных условиях эксплуатации. В рамках исследования используются сертифицированные циклы движения с учетом измерения параметров мгновенного тока или скорости для наиболее точного математического описания в результате пересчета. Основными признаками циклов движения являются местоположение и тип транспортного средства [5].

Для дальнейших расчетов в качестве прототипа был выбран ездовой цикл ЖЬТС, который является наиболее приоритетным для описания реальных процессов, протекающих в тяговом приводе транспортного средства. Данный цикл широко описывает нагревательные процессы силовой установки, а также имеет комплексный подход к контролю уровня деградации накопительного элемента. Моделирование силовой энергоустановки отражает действительность при эксплуатации электромобиля [6].

1. Всемирный цикл WTLC

Данный цикл движения ЖЬТС характеризуется проведением различных тестовых испытаний при эксплуатации легковых автомобилей. Существуют альтернативные версии данному циклу: КББС (Европейский цикл), БТР-75 (Американский цикл) и 1С08 (Японский цикл) [7].

Разработка программы проведения испытаний (тестовых циклов движения) для транспортных средств началась в 2007 году. Основными критериями проведения тестовых испытаний являлись: низкий диапазон температур окружающей среды, низкий уровень атмосферного давления, наличие охладительных систем и эксплуатация при нормальных рабочих условиях. В результате были выдвинуты строгие требования по снижению уровня выбросов углекислого газа (С02). На рис. 1 представлена диаграмма ездового цикла WLTC.

х 140 ---

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Время, с

Рис. 1 - Ездовой цикл WLTC Fig. 1 - WLTC driving cycle

Ездовой цикл движения WLTC состоит из четырех скоростных режимов: низкий - 56,5 км/ч; средний - 76,6 км/ч; высокий - 97,4 км/ч; очень высокий -131,6 км/ч. Скоростные режимы «низкий» и «средний» описывают городское движение, а режимы «высокий» и «очень высокий» - движение за городом.

Цикл WLTC характерен для транспортных средств с массой до 3,5 т. Основной характеристикой является энерговооруженность - зависимость мощности тягового

электродвигателя от полной массы транспортного средства. Существует классификация в зависимости от значения максимальной скорости.

Подразделение по энерговооруженности осуществляется на три класса: до 22 Вт/кг; в пределах 22...34 Вт/кг; больше 34 Вт/кг. Это связано с отличительными особенностями автомобильного производства для каждой страны. Например, автомобильное производство Индии характеризуется относительно низкой стоимостью и низкой энергоэффективностью. У каждого класса энерговооруженности есть свой параметр максимального ускорения: amax = 0,76 м/с2 (меньше, чем показатель цикла NEDC - 0,833 м/с2); amax = 0,96 м/с2; amax = 1,58 м/с2

(больше, чем показатель цикла ARDC - 1,47 м/с2).

Для проведения дальнейших расчетов в качестве базового варианта был взят класс № 3, характеризующийся максимальной скоростью - Vmax = 120 км/ч.

К данному классу энерговооруженности относятся такие автомобили, как Chevrolet Niva (41 Вт/кг), Renault Kangoo (46 Вт/кг), Daewoo Matiz (49 Вт/кг) и Nissan March (52 Вт/кг). При дальнейшем исследовании мы будем использовать цикл движения только для данного класса.

2. Определение мощности электродвигателя и выбор конкретной модели

В качестве расчетного транспортного средства принят автомобиль Nissan March. Параметры выбранного ТС представлены в табл. 1.

Табл. 1 / Table 1

Характеристики ТС Characteristics of the vehicle

Тип ТС Полная масса, кг Вместимость, чел. Диаметр колеса, мм

Автомобиль Nissan March 1240 5 530

Мощность электродвигателя (ТЭД) определяется по формуле [8]

Р = РУ, (1)

где Р - тяговое усилие, кГс ^ Н; У - скорость ТС, км/ч.

Ускорение ТС определяется по формуле [9]

в = Р ~Щт

102(1 + у)т

где г = 1 - количество электродвигателей (ТЭД); о>о = 12 + 0,0018У - удельное основное сопротивление движению для электромобиля, Н/кН; т = 1240 - масса ТС, кг; у = 0,15 - коэффициент инерции вращающихся частей.

На основе аналитических расчетов были построены зависимости Р(У) при параметрах ускорения 2, 2,5 и 3 м/с2 (ИЪе/ 2). Результаты тяговых расчетов сведены в табл. 2.

Если принимать во внимание максимальное пусковое ускорение 3 м/с2, необходимая максимальная мощность при условии выхода на автоматическую характеристику в 60 км/ч составит 73 кВт.

Выбираем синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ) ОРИОН -18-2-04. Технические характеристики двигателя представлены в табл. 3.

\ P=73 кВт

=2,5 м/с2

P=50 кВт

=2 м/с2

Рис. 2 - Зависимость P(V) при различных значениях ускорения Fig. 2 - Dependence P(V) for various values of acceleration

Табл. 2 / Table 2

Результаты расчета зависимостей P(V) Results of P(V) dependences calculation

V, км/ч Ю0, Н/кН F, кГс P, кВт

a = 2 м/с2 a = 2,5 м/с2 a = 3 м/с2 a = 2 м/с2 a = 2,5 м/с2 a = 3 м/с2

0 12 298 369 440 0 0 0

5 12,045 298 369 440 4,057 5,02 5,984

10 12,18 299 370 440 8,119 10,05 11,97

15 12,405 299 370 441 12,19 15,08 17,97

20 12,72 299 370 441 16,27 20,13 23,98

25 13,125 300 371 442 20,38 25,19 30,01

30 13,62 300 371 442 24,5 30,28 36,06

35 14,205 301 372 443 28,65 35,4 42,14

40 14,88 302 373 444 32,84 40,55 48,25

45 15,645 303 374 445 37,06 45,73 54,4

50 16,5 304 375 446 41,32 50,96 60,59

55 17,445 305 376 447 45,63 56,23 66,82

60 18,48 306 377 448 49,99 61,55 73,11

65 19,605 308 379 450 54,4 66,92 79,45

70 20,82 309 380 451 58,87 72,36 85,85

Табл. 3 / Table 3

Технические характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами Specifications of the permanent magnet synchronous motor

Технические характеристики "ОРИОН-18-2-04" Ед. изм. Значение

Пиковый (пусковой) момент (2.. .3 с) Mu, Нм 1352

Номинальный момент (вод., возд. охл.) Мс Нм 338

Номинальная мощность (вод., возд. охл.) Рс кВт 67,5

Номинальное напряжение Циом В 500

КПД (при номинальной мощности) Eff % 97,6

Диаметр ротора Dr мм 240

Окончание табл., 3 / The End Table 3

Технические характеристики "ОРИОН-18-2-04" Ед. изм. Значение

Диаметр статора Ds мм 356

Длина активной стали Bm мм 120

Длина статора с обмоткой Ls мм 210

Тепловая мощность (пиковая) Put кВт 3896

Тепловая мощность (номинальная, вод. охл.) Pet Вт 974

Константа момента (20 °С) Kt Н-м/А 1,45

Константа двигателя (20 °С) Km H ■ ^Вт 10,83

Масса электромагнитной системы mem кг 63,0

Масса двигателя (корпусное исполнение) m кг 105

3. Моделирование тягового привода на основе цикла движения WLTC

Для расчета и построения кривых движения в качестве исходных данных выбран перегон, имеющий нулевой уклон на протяжении всей длины и не имеющий кривых участков [10].

Для снижения трудоемкости вычислений была создана имитационная математическая модель, позволяющая определить энергетику движения ТС. В качестве блока управления был смоделирован цикл движения WLTC. Общий вид модели с пояснениями представлен на рис. 3 [11].

Вычисление

исхо0ные аанние результирующий вычисление

Рис. 3 - Общий вид имитационной математической модели на основе цикла

движения WLTC

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fig. 3 - General view of the simulation mathematical model based on the WLTC motion cycle

Вычисление ускорения ТС а массой т основано на втором законе Ньютона ^рез = (1+ У)та, при этом в зависимости от режима движения ^рез принимает

значения:

• ^тяг - Щ в режиме тяги;

• -Щ в режиме выбега;

• -(5торм + Щ0) в режиме торможения,

где ^тяг и 5торм - силы тяги и торможения, развиваемые в ТЭД; Щ - основное

сопротивление движению.

Задание сил тяги и торможения в блоках показано в табл. 4 и 5.

Таблица 4 / Table 4

Результаты расчета силы тяги Results of the calculation of the traction force

Наименование параметра Значение

V, км/ч 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

^ТЛГ, Н 286 267 250 235 222 210 200 190 182 174 167

Таблица 5 / Table 5

Результаты расчета силы торможения Results of the calculation of the braking force

Наименование параметра Значение

V, км/ч 90 95 100 105 110 115 120

Fторм, Н 200 189 180 171 164 156 150

Вычисление силы удельного основного сопротивления движению показано на рис. 4.

Рис. 4 - Задание характеристик тяги и торможения Fig. 4 - Setting the characteristics of traction and braking

Перевод единиц измерения для сил свернут в блок, представленный на рис. 5.

Gain

Рис. 5 - Перевод единиц измерения Fig. 5 - Conversion of measurement units

С помощью данных блоков моделирования происходит вычисление ускорения по формуле a = Fрез / (1 + y)m.

Переключение режимов тяги и торможения происходит с помощью последовательности 1 и -1 из блока "upravlenie". В его основе лежит математическое описание цикла движения WLTC, заданное в четырех скоростных этапах. Его содержимое представлено в табл. 6.

Таблица 6 / Table 6

Переключение режимов тяги и торможения Switching traction and braking modes

Скоростные этапы Последовательность

0 1

18 1

28 -1

40 -1

В данной имитационной математической модели введены блоки (рис. 4) для проведения энергетических расчетов.

Адекватность модели подтверждает полученный график ускорения (рис. 6), согласно которому величина ускорения соответствует расчетному.

а, м/с2

I) Low П) Medium Ш) High IV) Extra High

О 5 10 15 20 25 30 35 40 t, с

Рис. 6 - График a(t) Fig. 6 - Plot a(t)

Проведенный расчет показывает, что для достижения максимальной скорости в 120 км/ч, выбега (20 %) и остановки потребуется 1,225 МДж (или 0,34 кВт • ч) энергии (рис. 7). При этом ТС пройдет путь в размере 819 м (рис. 8).

Е, мДж 1,8 1,6 1,4 1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Режим Режим Электрическое.

тяги выбега торможение

0

10

15

20

25

30

35

40 t, с

Рис. 7 - График E(t) Fig. 7 - Plot E(t)

V, км/ч

Режим тяги / Режим выбега Электрическое \ торможение \ \ 1 . .1 .

i» m м

МО (М TM Iji ух !м S, М

Рис. 8 - Кривая движения V(S) Fig. 8 - Motion curve V(S)

4. Выбор накопителя энергии

Расчет энергии накопителя с помощью параметров, полученных в результате моделирования, выглядит следующим образом.

Для обеспечения запаса хода в 200 км потребуется накопитель энергии объемом в (200/0,819)0,34 = 83 кВт • ч, где Ь = 200 км - запас хода ТС, £ = 0,819 км -расстояние, пройденное ТС, Е = 0,34 кВт • ч - энергия ТС.

На основе сравнительной табл. 7 различных типов наиболее используемых аккумуляторных батарей наибольшую удельную плотность энергии имеют литий-ионные аккумуляторы на основе кобальта лития (150.190 Вт • ч/кг), однако пиковый ток нагрузки составляет всего 3С в отличие от 5С у литий-феррофос-фатных ^РеР04) аккумуляторов. Еще одним плюсом литий-феррофосфатных аккумуляторов является в 2 раза больший жизненный цикл. Поэтому выбранный тип тяговой аккумуляторной батареи - LiFeP04.

Таблица 7 / Table 7

Технические параметры аккумуляторов Technical parameters of batteries

Характеристика SLA (PbSÖ4) Никель-кадмиевые Никель-металлогид-ридные Литий-ионные

LiCoÖ2 LiMn2O4 LiFePO4

1. Удельная плотность энергии, Втч/кг [х103] 0,03... 0,05 0,045.0,08 0,06..0,12 0,15.0,19 0,1.0,135 0,09.0,12

2. Время быстрой зарядки 8...16 ч Обычно 1ч 2.4 ч 2.4 ч 1 ч или менее 1 ч или менее

3. Жизненный цикл (80 % разряда) [х103] 0,2.0,3 1,0 0,3.0,5 0,5.1,0 0,5.1,0 1,0.2,0

4. Напряжение в элементе (номинальное) 2 В 1,2 В 1,2 В 3,6 В 3,8 В 3,3 В

5. Пиковый ток нагрузки (лучшие результаты) 5C (0,2C) 20C (1C) 5C (0,5C) > 3C (< 1C) > 30C (< 10C) > 30C (< 10C)

При напряжении аккумуляторной батареи в 500 В, равном напряжению питания ТЭД, необходимая емкость накопителя составит 83 000/500 = 166 А • ч [12].

Обеспечить подобную емкость может сборка аккумуляторной батареи на базе стандартных ячеек формата 18650. Технические характеристики Li-ion ячейки 18650 Li-ion 2600 mAh представлены в табл. 8.

Таблица 8 / Table 8

Ячейка Li-ion 18650 2600 mAh Cell Li-ion 18650 2600 mAh

Параметр Значение

Номинальное напряжение 3,2 В

Плотность энергии 195 Вт • ч/кг

Максимальный ток разряда 7,5 А

Максимальный ток заряда 1,25 А

Внутреннее сопротивление <30 mQ

Срок жизни 600 циклов/емкость 80 %

Для обеспечения напряжения в 500 В потребуется сборка из 500/3,2 = 156 ячеек 18650. При этом общая масса будет составлять 318 кг.

Выбор нужной ВМЕ определяется двумя параметрами: 1) схемное решение (конструктивное исполнение); 2) уровень нагрузки (мощности). Классификация ВМ8: 1) общий порт подключения (циклы заряд/разряд); 2) раздельный порт подключения (разные разъемы).

Выводы

В данном исследовании были выполнены следующие этапы:

- проведен анализ всемирного цикла ЖЬТС, описаны общие показатели классов энерговооруженности. В качестве расчетного был принят класс № 3, имеющий энерговооруженность больше 34 Вт/кг, максимальное ускорение 1,58 м/с2, максимальную скорость 120 км/ч;

- выполнен расчет мощности двигателя (67,5 кВт), построена зависимость мощности от скорости Г(У), выбрана конкретная модель двигателя (СДПМ) "0РИ0Н-18-2-04";

- смоделирован тяговый привод на основе всемирного цикла WLTC, составлена имитационная модель в программной среде "МайаЪ Б1ти1тк", представлено математическое описание энергетических блоков модели, получены зависимости ускорения и энергии от времени, зависимость скорости от пути. Для достижения максимальной скорости 120 км/ч, выбега (20 %) и остановки потребуется

I,225 МДж (или 0,34 кВт • ч) энергии. При этом транспортное средство пройдет расстояние 819 м;

- выбран накопитель энергии, для обеспечения запаса хода в 200 км потребуется накопитель энергии объемом в 83 кВтч. Необходимая емкость накопителя составила 166 А • ч. В качестве прототипа была принята сборка аккумуляторной батареи на основе ячеек 18650.

ЛИТЕРАТУРА

1. Штанг А.А., Ярославцев М.В. Контактно-аккумуляторный манёвровый электровоз с накопителем энергии на основе литий-ионных аккумуляторов // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2016. - № 1. - С. 13-16.

2. Штанг А.А., Ярославцев М.В. Определение основных характеристик комбинированной энергетической установки для городского безрельсового транспорта // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. - 2016. - № 4 (33). - С. 111-120.

- Б01; 10.17212/1727-2769-2016-4-111-120.

3. Щуров Н.И., Мятеж С.В., Малозёмов Б.В. Анализ и расчет неактивной мощности в сети питания электропотребителей рудничного транспорта // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2022. - № 12-2. - С. 270-283.

4. Щуров Н.И. Энергоэффективная силовая установка для автономных транспортных средств // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника: труды Седьмой Всероссийской научно-практической конференции, Новокузнецк, 23-24 ноября 2016 г. - Новокузнецк, 2016. - С. 107-108.

5. Малозёмов Б.В., Мятеж С.В., Щуров Н.И. Повышение количества рабочих зон в трехфазном выпрямителе переменного тока // Электротехника. - 2021. - № 6. -С. 56-60.

6. Малозёмов Б.В., Трухин Ф.В. Повышение эффективности и надежности тягового двигателя троллейбуса // Интеллектуальный потенциал Сибири: 26-я Региональная научная студенческая конференция, Новосибирск, 22-24 мая 2018 г.: в 2 ч. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. - Ч. 2. - С. 650-652.

7. Дедов С.И., Бороненко А. О., Штанг А.А. Определение параметров последовательной гибридной установки на основе ездовых циклов // Интеллектуальный потенциал Сибири: 26-я Региональная научная студенческая конференция, Новосибирск, 22-24 мая 2018 г.: в 2 ч. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. - Ч. 2. - С. 587-588.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8. Дедов С.И. Анализ современных ездовых циклов и их актуальность при определении параметров гибридной энергетической установки // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов, Новосибирск, 4-8 дек. 2017 г.: в 10 ч. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. - Ч. 5. - С. 191-194.

9. Бирюков В.В., Панченко Ю.В. Повышение надёжности транспортного обслуживания городов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2017. - № 3-4. -С. 34-36.

10. Бирюков В.В., Бахолдин Д.А. Электробус для внутригородских перевозок пассажиров // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2017. - № 3-4. -С. 196-198.

II. Внуков С.А. Сравнительный анализ накопителей энергии для гибридного транспорта // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов 16 Всероссийской научной конференции молодых ученых, Новосибирск, 5-8 дек. 2022 г.: в 11 ч. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2022. - Ч. 5. - С. 135-137.

12. Внуков С.А. Электрические тяговые двигатели // Научный форум: тенденции развития науки и общества: сборник материалов Международной научно-практической конференции, 29 окт. 2021 г. - Кемерово, 2021. - С. 44-46.

SIMULATION OF EFFECTIVE ELECTRIC VEHICLE POWER PLANT TAKING INTO ACCOUNT LOAD CYCLES OF MOTION

Shchurov N. I., Vnukov S. A.

Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia

The main problems of this study include an unstable load level, a large number of accelerations and decelerations, as well as a reverse operation of the traction motor. The goal is to develop an energy efficient drive based on the driving cycle to solve the above problems.

In this work, an analysis of the WLTC driving cycle was carried out and its main characteristics were studied on the basis of test procedures under various operating conditions. The electric motor (EM) power is calculated based on the characteristics of the selected vehicle. Traction characteristics are built for various acceleration parameters and a specific engine model is selected. The traction drive was simulated based on the WLTC motion cycle in the "Matlab Simulink" software environment. The main model blocks are described and dependencies confirming the adequacy of mathematical modeling are displayed on oscilloscopes. A suitable energy storage device has been selected based on the battery comparison table.

Ultimately, the power plant of an electric car was simulated taking into account the WLTC load cycle, under various input parameters and conditions.

Keywords: electric power plant, traction drive, modeling, WLTC driving cycle, traction characteristics, energy

DOI: 10.17212/1727-2769-2023-2-56-67

REFERENCES

1. Shtang A.A., Yaroslavtsev M.V. Kontaktno-akkumulyatornyi manevrovyi elektrovoz s nako-pitelem energii na osnove litii-ionnykh akkumulyatorov [Battery-electric shunting locomotive with lithium-ion storage batteries]. Elektronika i elektrooborudovanie transporta = Electronics and electrical equipment of transport, 2016, no. 1, pp. 13-16.

2. Shtang A.A., Yaroslavtsev M.V. Opredelenie osnovnykh kharakteristik kombinirovannoi en-erg eticheskoi ustanovki dlya gorodskogo bezrel'sovogo transporta [Evaluation of main parameters of road city transit vehicle hybrid powertrain]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii = Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2016, no. 4 (33), pp. 111-120. DOI: 10.17212/1727-2769-2016-4-111-120.

3. Shchurov N.I., Myatezh S.V., Malozyomov B.V. Analiz i raschet neaktivnoi moshchnosti v seti pitaniya elektropotrebitelei rudnichnogo transporta [Analysis and calculation of inactive power in the power network of electric consumers of mining transport]. Gornyi informatsion-no-analiticheskii byulleten' = Mining informational and analytical bulletin, 2022, no. 12-2, pp. 270-283.

4. Shchurov N.I. [Energy efficient power plant for autonomous vehicles]. Avtomatizirovannyi elektroprivod i promyshlennaya elektronika [Automated electric drive and industrial electronics]. Proceedings of the Seventh All-Russian Scientific and Practical Conference. Novokuznetsk, 2016, pp. 107-108. (In Russian).

5. Malozyomov B.V., Myatezh S.V., Shchurov N.I. Povyshenie kolichestva rabochikh zon v trekhfaznom vypryamitele peremennogo toka [Increasing the number of working zones in a three-phase AC rectifier]. Elektrotekhnika = Russian Electrical Engineering, 2021, no. 6, pp. 56-60. (In Russian).

6. Malozyomov B.V., Trukhin F.V. [Increasing the efficiency and reliability of the trolleybus traction engine]. Intellektual'nyi potentsial Sibiri [Intellectual potential of Siberia]. 26th Regional Scientific Student Conference, Novosibirsk, May 22-24 2018. Novosibirsk, NSTU Publ., 2018, pt. 2, pp. 650-652. (In Russian).

7. Dedov S.I., Boronenko A.O., Shtang A.A. [Determining the parameters of a sequential hybrid installation based on driving cycles]. Intellektual'nyipotentsial Sibiri [Intellectual potential of Siberia]. 26th Regional Scientific Student Conference, Novosibirsk, May 22-24 2018. Novosibirsk, NSTU Publ., 2018, pt. 2, pp. 587-588. (In Russian).

8. Dedov S.I. [Analysis of modern driving cycles and their relevance in determining the parameters of a hybrid power plant]. Nauka. Tekhnologii. Innovatsii [Science. Technologies. Innovation]. Collection of scientific papers, Novosibirsk, December 4-8, 2017. Novosibirsk, NSTU Publ., 2017, pt. 5, pp. 191-194. (In Russian).

9. Biryukov V.V., Panchenko Yu.V. Povyshenie nadezhnosti transportnogo obsluzhivaniya go-rodov [Improving the reliability of transport services for cities]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka = Scientific problems of transportation in Siberia and the Far East, 2017, no. 3-4, pp. 34-36.

10. Biryukov V.V., Bakholdin D.A. Elektrobus dlya vnutrigorodskikh perevozok passazhirov [Electrobus for intra-city passenger transportation]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka = Scientific problems of transportation in Siberia and the Far East, 2017, no. 3-4, pp. 196-198.

11. Vnukov S.A. [Comparative analysis of energy storage devices for hybrid transport]. Nauka. Tekhnologii. Innovatsii [Science. Technologies. Innovation]. Collection of scientific papers of the 16th All-Russian scientific conference of young scientists, Novosibirsk, December 5-8, 2022. Novosibirsk, NSTU Publ. 2022, pt. 5, pp. 135-137. (In Russian).

12. Vnukov S.A. [Electric traction engines]. Nauchnyi forum: tendentsii razvitiya nauki i ob-shchestva [Scientific forum: trends in the development of science and society]. Collection of materials of the International Scientific and Practical Conference, October 29, 2021. Kemerovo, 2021, pp. 44-46. (In Russian).

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Щуров Николай Иванович - родился в 1947 году, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электротехнических комплексов Новосибирского государственного технического университета. Область научных интересов: энергосбережение на электрическом транспорте. Опубликовано 147 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, д. 20. E-mail: nischurov@mail.ru).

Schurov Nikolay Ivanovich (b. 1947) - Doctor of Sciences (Eng.), Professor, Head of the Department of Electrical Complexes of Novosibirsk State Technical University. His research interests are currently focused on energy saving in electric transport. He is author of 147 scientific papers. (Address: 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russia. E-mail: nischurov@mail.ru).

Внуков Сергей Александрович - родился в 1998 году, ассистент кафедры электротехнических комплексов Новосибирского государственного технического университета. Область научных интересов: силовая гибридная энергоустановка для электробуса. Опубликовано 10 научных работ. (Адрес: 630073, Россия, Новосибирск, пр. Карла Маркса, д. 20. E-mail abakan.1998@mail.ru).

Vnukov Sergey Alexandrovich (b. 1998) - Assistant of the Department of Electrical Complexes of Novosibirsk State Technical University. His research interests are currently focused on hybrid power plant for electric bus. He is author of 10 scientific papers. (Address: 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russia. E-mail abakan.1998@mail.ru).

Статья поступила 25 мая 2023 г.

Received May 25, 2023

To Reference:

Shchurov N.I., Vnukov S.A. Modelirovanie effektivnoi silovoi energoustanovki elektromobilya s uchetom nagruzochnykh tsiklov dvizheniya [Simulation of effective electric vehicle power plant taking into account load cycles of motion]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii = Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2023, no. 2 (59), pp. 56-67. DOI: 10.17212/1727-2769-2023-2-56-67.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.