Разработка электроприводов электромобилей

Актуальность работы. В России автомобильный транспорт является одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды. Он загрязняет воздух, почвы, поверхностные воды, создает шум и вибрации, воздействует на здоровье населения. Доля транспорта в загрязнение атмосферы в среднем по России составляет около 45%, а в крупных городах достигает 90%. С каждым годом ситуация ухудшается за счет стремительного роста количества автомобилей и, соответственно, пробок. К проблеме загрязнения окружающей среды добавляется проблема истощения нефтяных запасов и, как следствие, повышение цен на топливо. Все это заставляет ученых, конструкторов и инженеров искать нетрадиционные способы решения проблемы. Единственный рациональный выход - создание экологически чистого городского транспорта. Если в Европе электромобиль широко применяется в повседневной жизни населения и составляет достойную конкуренцию традиционному автомобилю, то отечественное автомобилестроение существенно отстает в разработке и реализации этого направления. В связи с этим, работы по созданию и исследованию электромобильного транспорта крайне актуальны, так как лежат в русле стратегических разработок по повышению экономической и экологической безопасности России.

Многообразие известных схем, конструкций и компоновочных решений тяговых приводов электромобилей укладывается в рамки трех основных вариантов:

• центральный электродвигатель плюс редуктор плюс межколесный механический дифференциал (подварианты с задним, передним и разнесенным их расположением);
• два бортовых электродвигателя, по одному на каждое ведущее колесо (подварианты с задним и передним расположением);
• электромотор-колеса (подварианты с двумя и четырьмя мотор-колесами).

Наиболее распространены и считаются перспективными электромобили с приводом по первому варианту, в том числе с комбинированными силовыми установками

Объект исследования: электропривод электромобилей.

Предмет исследования: особенности разработки электроприводов электромобилей.

Цель работы: рассмотреть разработку электроприводов электромобилей.

Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:

• рассмотреть историю развития электромобилей;
• разобрать систему электропривода: электрические машины, системы регулирования;
• выполнить анализ существующих методик расчета, выбора и оптимизации конструктивных параметров тягового привода электромобиля.

1 История развития электромобилей

Интересна история развития электромобилей (ЭМ) как одного из направлений перспективного экологического транспорта. Можно сказать, что ЭМ переживает сегодня 3-й этап в своем развитии.

1-й этап относится к концу XIX - началу ХХ века.

2-й этап с 1960 года до 1990 года и

3-й этап − начиная с начала ХХI века и продолжается сегодня.

Исторически сложилось так, что вначале бурно развивались ЭМ, о чем свидетельствуют следующие материалы.

Первый электромобиль (рис. 1) был сконструирован венгерским изобретателем Эньсом Джедиком.

...

Таблица 1 - Сравнительные характеристики трёх вариантов систем управления

...

2 Системы электропривода: электрические машины, системы регулирования

Существенными факторами, учитываемыми при выборе тяговых электродвигателей для электромобилей, являются: высокий к.п.д.; соответствие механической характеристики, т.е. зависимости момента от частоты вращения, условиям электрической тяги (снижение момента по мере повышения частоты вращения); минимальное обслуживание в эксплуатации; нечувствительность к перегрузкам по току (в 2,5-3 раза) и загрязнению корпуса; стоимость.

На электромобилях применялись и применяются (табл. 2-5) электродвигатели переменного тока − тяговые асинхронные двигатели (ТАД), тяговые электродвигатели постоянного тока со щеточно-коллекторным устройством (ТЭД) и бесщёточные тяговые синхронные двигатели (ТСД), работающие по схеме вспомогательного двигателя и имеющие выходные характеристики ТЭД.

...

Таблица 2 - Сравнительные параметры различных типов тяговых электродвигателей

...

Таблица 3 - Сравнительные технические данные основных типов тяговых электроприводов электромобилей

...

Таблица 5 - Сравнительные показатели типов электроприводов Р = 12 кВт

...

3 Анализ существующих методик расчета, выбора и оптимизации конструктивных параметров тягового привода электромобиля

Конструктивные параметры тягового привода электромобиля делятся на три группы: «энергетические» (параметры батареи), «силовые» (параметры электродвигателя) и «механические» (параметры трансмиссии). Наиболее подробно выбор «энергетических» параметров изложен в работе А. В. Ионесяна [1]. Автором исследованы основные энергетические показатели движения электромобиля (пробег, расход энергии при движении, расход энергии на единицу пути и грузоподъемности, удельная энергия батареи), на основании которых производился выбор типа и массы комплекта батарей. Рассмотрены 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:

...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании математической модели разряда аккумуляторных батарей и математической модели движения автомобиля, с помощью теории планирования эксперимента и критерия Парето, разработана методика расчета и выбора рациональных значений конструктивных параметров тягового привода электромобиля.

Разработанная методика состоит в следующем:

Первый этап - подготовка исходных данных к расчету. В качестве исследуемых конструктивных параметров выступают: удельная энергия батарей, характеризующая тип устанавливаемой ТАБ; масса комплекта батарей; передаточное число трансмиссии. Выбор конструктивных параметров основан на исследовании тягово-скоростного и энергетических показателей движения электромобиля, а также экономического показателя - стоимости комплекта батарей.

...