Электромобиль

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СССР
‘ МОСКОВСКИЙ
АВТОМОБИЛЬНО - ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ
БЛ.БУСЫПШ
ЭЛЕКТРОМОБИЛИ ( Метода раочета ) Учебное пособже
Утверждено в качестве учебного пособия советом факультета Г С 7
МОСКВА 1979
Г*"'О- яуб.п'чиая г-•: * .осаая
6;-; ' .:.;.ч СССР 8**;;#Г Л ЯР
£53S2
читанного зала /•

В учебном поообш дави общие сведения од электромобильно* транспорте, рассмотрены вопросы, связанные о электрическим* установкам», электрическими тяговшш двигателями, оистемами ■ механизмами управления, трансмиссиями, ходовой частью, кузовами л дополни твлькш оборудованием. Большое внимание уделено вопросам ахоыуатациа электромобиле!. Предназначено оно дяя отудвнтов факультета автомобильного ' транспорта специальности 1609 "Автомобили ■ автомобильное хозяйство" специализации "Специаяизированннй подвижной состав*. Иоообае соответствует программе курса "Прооптирование автомобилей". (С) Московский амомобильно-дорожны! инотктут,1979 I. РАСЧЕТ ОДНОШДШ ЗВЕРГШЧЕЭДЯ I. СШРОПШЛЕШШ ДВИДШС И ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭВЕРПШ Коэффициент сопротивления качении Y для скорости до 30 км/ч можно приять дм городских дорог f « 0,015, для прооелочякх дорог f • 0,025. Тогда расход энергии на преодолеете сопротивления качени* будет (на горизонтальном участке) для асфальта 0,0403 кВт.ч, ддя проселка 0,0681 кВт.ч на I т.км полного веса электромобиля. Сопротивление воздуху Рв * к • F (/<» , где Ua - скорость электромобиля, м/с; F - площадь проекции лобовой части электромобиля на вертикальную плоскость; к - коэффициент, зависящий от очертания кузова. В табл.1 приводятся сопротивление воздуха ■ расход энергии на его преодоление дяя таповвх электромобилей. Таблица I Скорость,ускорение
10 км/ч:15 км/ч:20 км/ч: 25 кы/ч:30 км/ч 2,72 : 4,16 : 5,56 : 6,94 : 8,34
Грузоподь-:Иасса : емвость, :злект-: » :ромо- : :оиля, : : т : щ/о : ц/о : м/с : м/с : м/с Сопротивление воздуха 0,19 1,47 3,29 5,89 9,16 0,23 1,78 3,98 7,12 11,05 0,30 2,32 5,20 9,28 14,42 Расход анергии на преодоление сопротивления воздуха, ' кВт.ч на I т.км полного веса 3 0,19 0,0013 0,0050 0,0053 0,0083 0,0120 0,23 0,0007 0,0015 0,0028 0,0043 0,30 0,0006 0,0013 0,0023 0,0036 ПЙШЕЧАНИЕ. Произведение A”' F взято по опытным данным. Расход энергии на преодоление сопротивления воздуха (в кВт.ч на I т.км полной масса электромобиля) вычисляется по выражении где G - полная масса электромобиля. (Полная масса - масса о грузов Каг водно из табл.2, сопротивление воздуха до 30 хц/ч весьма мало, и им полно пренебречь в расчете. Сопротивление подъема рп = G iin <4 в & ‘ *■ • где с - si/foi; оС - угол подъема; С - полная масса электромобиля. Дяя подсчета расхода энергии на преодоление полного сопротивления движению нужно суммировать расходы энергии на преодоление сопротивления качению, сопротивления воздуха и сопротивления от подъема. В табл.З подсчитан расход энергии для преодоления полного сопротивления движению прв различных подъемах дня двух типов дорог - ао- ' фальтированной и проселочной. По табл.З вычисляют средние расход энергии ери движении по заданному маршруту с известным профилем пути. В бол^стнотве случаев работа электромобиля не связана с о пределе- ' нием маршрута и профили пути заранее не известны. Кроме того, необходимо еще учесть добавочный расход энергии на разгон электромобиля ара трогании с места.    I Таким образом, средний фактический расход-энергии в условиях городского движения будет зависеть не только от профиля пути и качества дороги, во и от частоты остановок и условий движения. Из опытов известно, что расход энергии в городской движении уве- I личиваетоя по сравнению о расходом на горизонтальном участке (при средних скоростях 12-20 км/ч) в среднем на 40-50%. Принимая расход энергии яра движении на горизонтальном участке при скорости 20 км/ч равный 0,0461 кВт ч на I т.км (табл.З), получим средний расход энергии в условиях городского движения: 0,0461 х 0,0645 кВт*ч/т.км (на ободе колес). - Принимая КЦД трансмиссии равный 0,85 и КПД электродвигателя 0,88, получаем, что от батареи требуется „ ■ — = 0,086 кВт.ч на I т*км полной касоы. и>
О м •• • • *• и •• НИ О •• •• ••
I» •• •• м •• •« ло
о • • •• • • о со 8 о •••»•• о •« •• •• «• м
8
со
sa з§*
I!
£39
еэ«
в
со
Й8 ю ю • » fe п
я
о о о о о
So со * * см см * * о о
ф
г! II
ID
Ф О П (О 8 8 Я й S ***** о о о о о и ш и и со см см см см см ***** о о о о о яаяйа * • л * * о о о о о 0 ф ф й> <е
и сЗ й    a s 8 8 8    8 8 • • •    « • о о о    о о м со м    м со SI $    ® I • • •    * • о о о    о о
со § § § • * * * * о о о о о 3SSB8
о о о о о
со о> m см сч & * * * 0    г- о 1    § Й * * * 8g8 я S а * * * ООО
3 3 3 * * * ООО t и ^ ООО
со со со
ООО
.5?
«•••••и •• *♦ •• мммм
м м м м м ***** о о о о о 88888 м м м см см ь+ м м м м о о о о о СО (0 «О 00 Ю liiii о о о о о И 00 И Н 00 о о о о о Ф СО Ф о о
৫8§§ м м м м м о о о о о М 00 м м со м м м м м о о о о о ^ м ^ t W §н п ш о о о о о о О Ю О 1П о и <3
и м см Я « О 10 о 10 О И И СМ N Л Фактичеоки! расход энергии от батарея на ооноваяжи многочисленных опытов холеблетоя для городского движения в пределах О,062-0,099 хВг.ч аа I т.км полно! маооа. Поэтому пра раочетах оредня! расход акергш от батарея можно принять: для благоприятных уоло.ва! эхоплуатацяя - 0,075 хВт.ч/т.км, для ухудшенных у си-лова! - 0,09 хВт.ч/т.хи полно! массы электромобиля. 2. ВЫБОР АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ Раооиотрям метод, предложеннн! Ю.М.Галхинш. Веоьма характерней коэффициентом явхяетоя К _ таммящн» ™уз (паявашД груз) ♦ масса батарея *    полная масса элвхтромооидя Так как величина перевозимого груза определяет главным образом необходимую прочность, а следовательно, и массу васои, очитавт, что это отноиеиие является функцией величины пробега. Дв!отвитбльно, хотя прямо! свяая тут нельзя усмотреть, яо более тяжелые грузовика, ямепдяе меньшую процентную маооу шасси (т.в. большя! коэффициент К), яз-за меньве! скорости движения имеют меньшую величину дневного пробега. На ряо.1 изображена зависимооть Е от величины пробега. Из кривых видне, что легковые машины имеет большую процентную масоу тао-ся и кузова. При нормальных условиях аккумуляторная батарея( а. б.) к концу пробега должна разряжаться ляшь на 80f овое! емкости} 20% представляют ообо! запао для случайно ухудшенных дорожных у слови! к для падения емкости к концу срока службы батарея. Обозначим:    О - полная масса электромобиля, т; X - масоа батарея, т; L - пробег на одну зарядку, км; е - маооа батарея, кг на I кВт.ч ее емкоо-ти; f - раоход энергии, кВт.ч на I т.км полно! маооы. г . /ОООХЛГ q G L * ~т~- О * • Левая чаоть уравнения представляет собо! энергию, потребную для передвижения электромобиля масоо! £ т аа L км, а правая часть дает запас энергии в батарее с учетом допустимого раохода. Из предыдущего уравнения следует X - т.в. отношэние массы батарея к полной массе машины является линейной функцией величины пробега . Принимая средний фактический расход энергии 0,075 кВт.ч/т.км, можно получать величину пробега. Построим график пробега для соответствующей нормальной 8ксалу< атации, для чего нанесем прямые    оовместно с кривыми для Коэффициента К (рас .2)* « полезный груз + масса батареи % Л “ полная масса Точке пересечения прямых (^) с кривой К дают максимальную величину пробега реального электромобиля в том случае, когда весь перевозимый груз будет состоять из аккумуляторов. По графику в завиоамооти от заданной величины пробега легко найти процент соотношешш масс полезного груза, батареи и шасои о кузовом, так как слева от прямой ^лежат масса батареи. Ыежду этой прямой и кривой К лежит полезная маооа, а оправа от правой К лехит масоа шасоа в кузова. График позволяет оценить о редкие, техиичеоки лоотидимые и экономически целесообразные пробеги электромобилей вообще, так как кривая К, отсекавдая массу васои и кузова, определена отатио-тическн. В отдельных конструкциях путем облегчения конотрукции касс* ’ можно достигнуть лучших результатов. При подборе батареи к конструктивно выполненному электромобиле, вео шасси которого известен, кривая К превратится в вертикаль ну в прямую. Дня случаев частичной подзарядка и смены батареи построим графики пробега и стоимости Срио.З). Графики пробега приведены выше.    Графики стоимости представляют ообой зависимость пробега от полной отоимости энергии или возобновления батареи на полезный тонно-километр. Строится график отоамоота при расходе энергии 0,075 кВт.ч/т.ии и аре стоимости анергии 4 коп.за I яБт.ч дня некоторых типов аккумуляторных батарей. Известно, что цены стоимости и пределы рентабельности тех ила иных аккумуляторов имеет лишь иллюстративный характер» так как они вря изменении цены в срока службы аккумуляторов будут значительно меняться. ..Анализируя графики пробега и стоимооти, можно отметить следующее: 1.    Подзарядку и смену а.б., можно производить дяя того, чтобы увеличить дневной пробег при сохранении прежней стоимости энергии я батареи на полезный тонно-километр я уменьшать стоимость энергии и батареи на полезный тонно-километр при сохранении прежней величины дневного пробега. 2.    Чрезмерное увеличение батареи уменьшает грузоподъемность электромобиля а увеличивает отоимооть перевозки полного тонно-ки-лометра. Наоборот, чрезмерное уменьшение батарея (следовательно, и пробега) сравнительно немного снижает отоимооть перевозки полезного тонно-километра. При этом батарея подвергается усиленному разряду * так как прежняя оила тока (определяемая условиями дорога и движения) даетоя теперь батареей меньшей емкости. Отсюда следует, что чрезмерное онвженве масоы батареи также нецелесообразно. 3.    В случав применения частичной подзарядки или смены батареи дяя удешевления отоимости полезного тонно-килсметра при неизменном пробеге следует учитывать, что батарея будет разряжаться более интенсивно, и следует проверить, опособна ли батарея без вреда переносить этот усиленный разрядный режим. В случав омвны батареи нужно очитатьоя о тем, что зарядка сменяемых батарей потребует дополнительных раоходов на персонал зарядной станции. Раоомот^енный нами метод имеет такие недостатки: 1.    Метод не учитывает влияния увеличения окорости электромобиля на сокращение величины пробега на одну зарядку. А пробег должен оокращаться за счет увеличения расхода энергии на т.км при повышении окорости (влияние сопротивления воздуха) и уменьшения емкости батареи при увеличении быотроты разряда (оилы разрядного тока). 2.    При определении расхода энергии такие факторы, как частота оотановох, задержки и разгоны в условиях городского движения, качество и профиль пути учитывалиоь эмпирически. 3.    В методе не уделено внимания изменению КПД траномисоии и электродвигателя на разных скороотях. 4.    Метод дает весьма значительный запас;,, ван как при оценке ' возможных пробегов путем статистическое определения коэффициеа-    * та Е облегченные конструкции электромобилей отбрасывались. Выбор напряжения батареи Выбор напряжения Затареи, т.е. числа ее элементов, определяется следу од&ми соображениями: - батарея должна допускать заряд от сети постоянного тока, от умфорыерных групп, составленных из нормальных злектричеоких машин или выпрямительных устройств серийного производства; - сила тока в главной цепи электромобиля не должна быть чрезмерно велика. Первое требование вызвано тем, чтобы для зарядки батареи электромобиля не требовались электрические матявц и аппараты специального изготовления* Стандартные, применяемые для зарядки напряжения постоянного тока - IIO # 220 В. Так как в нонце зарядки батареи требуется 2,6-2,7 В на элемент для свинцовых и до 1,75- - 1,3 В на элемент для щелочных аккумуляторов, то для данного случая число элементов батареи должно быть при напряжении сети ПО или 220 В. Число элементов для свинцовой а.б, соответственно равно 40-42 или 80; для щелочных - SO или 120 и т.д. Иначе полный заряд батареи будет невозможен. Второв требование вызвано тем, что большая сила тока усложняет ко:отрукцию и увеличивает вес и стоимость коммутационной аппаратуры и проводки. Поэтому о увеличением грузоподъемности электромобиля, а следовательно, и мощности электродвигателя приходится променять болев высокое напряжение, т.е* большее число элементов батареи» Примеры выбора напряжения Грузоподъемность электромобиля, т : Число элементов : батареи : Напряжение, До 2,0-2,5 40 свинцовых или 60 щелочных Свыше 3-3.5 30 свинцовых 120 щелочных - ЩЩЕЧ4НИЕ» Номинальное напряжение на элемент 2 В дня свинцовых и 1,25 В для щелочных аккумуляторов. В данном случае номинальное напряжение, на которое должен быть рассчитав электродвигатель - 30 или 160 В. Иногда для счень малых электромобилей и электротележек приме- няется батарея в 20 элементов (номинальное напряжение 40 В). Заряд таких батарей производится обычно по две последовательно 1
оети НО В и т.д. / . - - - . - Выбор модности электродвигателя к однотищщй энергетической остановке Мощность, необходимая для движения электромобиля с заданной окороотыо, определяется выражением А/ ш —V/......!(.........■■........■■■, д.о. на I * полного веса, где W - полный расход энергии на преодоление оопротивления движению, кВт.ч/т*км; tf - скорость электромобиля, км/ч; % - КПД трансмиосии* По этой' формуле строится график зависимости мощности от подъема при различных окоростяхС рис. 4)*. Понятие номинальной мощности электродвигателя отдичаетоя от понятая номинальной мощности ДВС* Номинальной мощностью автомобильного ДВС называют мощность» ооответствуадую высшей точке его характеристики, максимальную мощность, которую вообще может развить данный двигатель (рас.5)* Поэтов автомобильный ДВС подйираетоя по максимальной мощностиf требующейся дяя заданных условий движения,, На ряс.6 показаны характеристики электродвигателя последовательного возбуждения. Из них видно, что максимальная мощность и макси-* мальный момент, который может развивать электродвигатель, далеко выходят за пределы его номинального рабочего -режима* Различает : продолжительную мощность; кратковременную (30-минутную, часовую, двухчасовую и т.п#); мощнооть, предельную при коротких перегрузках (на несколько минут, секунд); ограничивается коммутацией и механической прочностью* Тяговые электродвигатели выбирают по предельному моменту и нагреву* Нагрев пропорционален средней квадратичной силе тока I,# яле при V *- соя st средняя хвадраетчвая иоцвооть Чтобы исключить опасность перегрева электродвигателя, необхо-1шмп его мощность, выбранную пс среднеарифметической нагрузке, увеличить, помножив ее на коэффициент Э, представляющий собой отношение о ре дн его квадратичного тока к среднем; арифметическому. Методика выбора электродвигателя для электромобиля I*. По кривым рве.4 определяем модность, не обходимую дяя равномерного движения по горизонтальном; участку с заданной средней скоростью (эту мощнооть можно очитать средней арифметической). Обозначим ее /М». 2.    Найдем величину дательной мощности электромобиля: Л/»ЯА/*'Э, (Коэффициент Э для городской езды можно принять равном 1,1). Кривне рис.4 построена о учетом КПД трансмиссии. Такой выбор хорош» согласуется о практикой и применением для большинства городов с умеренно холмистым рельефом. 3.    Макоимальная скорость электромобиля определяется чассвой мощноотью подобранного электродвигателя. 4.    Максимальный преодолеваемый подъем (короткий) определяется мощностью электродвигателя, развиваемой им при 3-4-кратной перегрузке (по силе тока). Построение тяговой и динамической характешотик Построение тяговой характеристики электромобиля производится таким же методом, как и для сбычногс автомобиля. Зная механическую характеристику электродвигателя М (п) , передаточное число тран-смисоии и диаметр колес электромобиля, пересчитывают частоту вращения электродвигателя П на окорооть движения & км/ч. По моменту электродвигателя К определяют тяговое усилие Рт • Вычитая из последнего потери на трансмиссию, получают тяговое усилие на ободе колео Рк, расходуемое на преодоление сопротивления движению. Вычтя из последнего величину сопротивления воздуха Pw , получают тяговое усилие Ра» идущее на преодоление сопротивлений качению и подъема. Кривая Ра * f(V) я является тяговей характеристикой электромобиля. Характеристики электродвигателя строят обычно в зависимости от силы тока (пво.6). Основными характеристиками являются кривые М(1/ и п (!)• Ив этих кривых М017Т быть построены 15


крявые мощности Л'П) и КПД электродвигателя t (I )-Указанные характеристики с*роят обычно при V ~const t однако, в случае работы электродвигателя от аккумуляторной батарея напряжение последней зависят от нагрузки (потребляемого тока) я степени разряженности батарея. Изобразим характеристика напряжения аккумуляторной батарея (рис.7). Перестроив кривые (рис.7) в зависимоота от силы тока, получим кривые рио.8. Из них видно, что напряжение аккумулятора изменяется довольно значительно. Изменение напряжения в зависимости от степени разряжениоотя батареи определяется конечным разрядным, напряжением, устанавливаемым заводской инструкцией; для всех типов свинцовых аккумуляторе это изменение напряжения равно приблизительно 15? ст номинального Для тяговых расчетов берут крвдув среднего разрядного яапряхе вяя. Чтобы кривые рио.8 были характерны для батарей различной емкости данного типа, по оси абсшоо отложена не общая сила тока, а сила тока, приходящаяоя на одну положительную пластину. . ! Кривые изменения напряжения при нагрузке, как видно из графика рио.8, о достаточной, для практики точность» можно считать премии. Наклон кривой напряжения характеризуется величиной онижения напряжения в одном элементе батареи при нагрузке 100 А, которую обозначим Utoo . Тогда среднее разрядное напряжение батареи может быть выражено уравнением где 1,95 «• ореднее разрядное напряжение при очень малой нагрузке; П/ - число элементов батареи. Если мы знаем характеристики электродвигателя при постоянном напряжения, тс их можно пересчитать на величину Vcp . Переочет проводится аледу поим методом {рис.9). Нанеся на график с характеристиками электродвигателя (рис.9), святыми при ооотоянном напряжении \1*он , напряжение батареи выбираем несколько значений I и при этих значениях пересчитываем точки кривой числа оборотов Я пропорционально отношению ореднего разрядного и номинального напряжения:
Далее, оставляя кривую /Л (I) неизменной, поправляем кривые А/ (I) и 1(1) , подсчитывая их точки по формулам:
жаться также пропорционально снижению числа оборотов Я , коэффициент же полезного действия не изменится (поокольку в расчете мы - пренебрегаем, как малой величиной, la ' R). 2. РАСЧЕТ СИСТЕМ С ТОПДИВИЬМИ Расчетные параметры топливного модуля 1.    Мощность N« а I кВт. 2.    Напряжение 1Лч . ю В. ■ 3.    Напряжение на элементе модуля Vm ■ 0,75 В. 4.    Сала тока 1« =» 100 А. 5.    Плотность тока С = 100 мА/ом2. 6.    Толщина электрода " ** 0,5 мм. 7. Относительный размер электрода ^alf = 2»2-2,5. 8. Тип электрода - мвталлокерамачесмй. 9. Счет электродов (2+2). 10.    Расстояния между электродами с. - 2,5 мм, 11.    Сечение каналов: а) электролитного - (0,5 х 8) ммг; б) газовых - 2 (0,5 х 3) мм2. 12.    Вид герметизации электродов - при помощи упругих манжет. Принципиальная блок-схема топливного модуля представлена на рво.Ю. Определение предварительных размеров модуля и числа электродных пар Рабочая площадь электрода определяется из соотношения. S'8-h’Tt . где В - ширина рабочей чаоти электрода, см; А - выоота рабочей части электрода, см, или S'M* Шг-- 500 Принимая ширину электрода 6 = 15 ом, находим Л - тг' 55s е”' Так как унлотнение электрода в модуле обеопечиваетоя манжетом, который охватывает его по всему контуру и закрывает 5-6 мм его линейных размеров, то окончательные размеры электрода равны: ширина В9 ■ 15 + I = 16 см; выоота Н9 » 33,5 + I =» 34,5 см. При очетв электродов (2+2) мы имеем 2 топливных электрода и 2 кислородных; все 4 электрода составляют условную пару, даацув напряжение V* =» 0,75 В и ток Г/ч = ЮО А. Чиоло условных пар определяется из соотношения Л * ...    V» или    f0 Определение габаоита топливного подуди Общее число электродов в топливном модуле А/ = 4*Я (шт) N = 4*14 * 56 ШТ. Из них: топливных Ог = 28 шт; кислородных Ял = 28 шт. Hgcoc 7Ъо/?ибиыы г
Толщина электродного набора тля предварительная длина модуля определяется из соотношения * i    * (я* */?«) ** (л* *л* *f) f ш (28 + 28) 0,5 + (28 + 28 + 1) 2,5 им; «сЛ/о => 170,5 мы. Окончательные размере топливного модуля, включая контур паркуляды электролита (длина, ширина и высота),определяются конструктивными соображениями (рис.И). Прочностной расчет ашдлек. стягивавших электродный набор Расчетные данное: число шпилек 'f » 12; материал вовлек Ст.50; расчетный диаметр ^ в 6,5 им; материал манжет - резина ИШ 2002? напряжение в резине ори 30#-нсм сжатии 6V*c s 29 кг/с«; площадь сжатия (полоса по контуру электрода шираной 0,7 см)х = 70 см2; усилив сжатая Р * 29 . 70 = 2030 кг. Напряжение растяжения ( ), которое испытывает шпилька при электродного набора, определяется из соотношения <Vr 'кг/с"2 _ 4 &SO -р "    ^ кг/сы? 2щяделвни£ за]шса^1£очяостн Запас прочности определяется нз соотношения Принимай вс внимание, чтс для Ст-50 £>ге« = 3800 кг/си2, имеем 6",^ _ ЦО£ _ <SP s/a Превышение запаса прочности объясняется следующими причинами: резьба М-8, которую имеют отягизапцие шпильки, подходит оюда по конструктивным соображениям; при герметизации электрсдаого пакета, которая обеспечивается затяжкой шпилек, резана может быть сжата на 35-4С#, что резко уведи- чжт усилие сжатия Р; ара дзджении электромобиля за счет вибрации коноольно подав -веннсго топливного модуля на отягявавщие шпильки дейотвует дополнительная нагрузка. Электролитный ваооо КячшА КЗ ВОСЬМИ ТОПЛИВНЫХ МОДуЛвЙ ИМввТ СВОЙ ОИЛЬфОННЫЙ ЭЛвК- тролитный насоо (рио.Н), который прокачивав* электролит через оио-тецу "ыодуль-холЬдильник*, причем дм право да васооа попользуете* анергия расширения аммиака. Аммиак в газообразном состоянии под давлением I...6 атм в зависимости от степени открытия дросоедьного крана I поступает через пан 2. во внутреннюю полость сильфона 3 и, расширяясь, заот его удпияятьоя на величину рабочего хода «S' . Уменьшающий наружный объем выталкивает электролит через клапан 4 в топливный модуль. В конце рабочего хода происходит перекрытие клапанов и оильфон под воздействием пружины 5 начинает сжиматься, а аммиак через клапан 6 поступает в общий коллектор я далее в крекинг-аппарат. ' Чем больше производительность Q сильфоиного ааоооа, тем больше расход f ашиана, проходящего через васос, аричвм расход яимиягя нв должен превышать 0,339 хг/ч, т.е. того количества, ко» торсе необходимо для генерирования I кВт.ч электроэнергии. Число ходов сильфоняого насоса в единицу времени завяоит от давления аммиака на входе в сильфон в гидравлического сопротивления электролитного тракта топливного модуля. Практически чиоло ходов в минут? лежит в интервале 5-60. Расчет электролитного наоооа Расчетные данные: средний диаметр сальфона « 80 мм; рабочий ход сяльфона S * 20 мм; противодавление аммиака на выходе аз свльфока Pi ■ 1,4 кг/см2; характеристика пружины: г
сила 20/6-иого сжатия-25кг; сила 40?£-ного сжаткя-ЗЭкг;. число рабочих ходсв I80...3000 ход/ч. На рас.12 представлена зависимость производительности вассса и а расхода аммиака £ от числа рабочнх ходов сяльфона Л. Тепловой баланс тошдвного модуля Определение количества тепла, выделяемого нра работе с топливным модулем Количество тепла Q* , которое выделяется в единицу временя при генерирования электроэнергии в модуле, ямайцем ВОД - 5Q?, будет эквивалентно электрической мощности, стланной модулем во вненнш» аепь за эту единицу времени. Следовательно, топливный модуль мощностью в I кВт ввделяет а течение одного часа 864 кхал тепловой энергии. Эго количество твела должно- быть отведено для обеопвченяя нормальной работа о таким расчетом, чтебы температура модуля сохранялась в пределах 75-85°С. Из зарубежной информация, поступашей к нам, известно, что 752 зтеге тепла уходят в электролит к отводится холодильником, включен-яш в электролитный контур, а 2Ъ% отводится циркулирующей рабочей топливной омеоью я воздухом, а также за очет излучения о поверхноо-тя. топливного модуля. Итак, количество тепла, отводимое электролитом О» , определяется яз соотношения 09ш 0.75 ^ ■ 0,75 . 864 * 648 кКад/ч. Количество тепла, отводимое циркулирующей топливной смесью, воздухом я язлученяем, определяется яз соотношения Qotm • 0.25Q* Оост - S6f 8 г. кал. /ч. ЗжектрадигаыА ушнрцьщ В электролитном холодильнике охлаждается электролит, постушь кций хз тошшвного модуля, с которым он механически н гидравличе-охж связан. СилъфояныЙ нассс, включенный в злектролатннй контур, обеспечивает циркуляцию горячего электролита. РисЛЗ Электролитный холодильник (рис.13) состоит из верхнего сливного бака I, который посредством полых ребер 2 соединен с    баком 3. Горячий электролит схлаждаетоя, проходя нз верхнего бака но внутренней поверхности полых ребер в ниадий, так как в направления перпендикулярном движению электролита (между ребер) продувается окружающий воздух, нагнетаемый вентилятором. Определение величины охлаждашей поверх-ноота холодильника Расчетные данные: Количеотьо тесла, снижаемое холодильником, 09 ж 640 ккал/ч. Конденсатор водяных паров Конденсатор водяных паров ставится в контур циркуляции топливной смеси. Увлажненная водяным паром топливная смесь осушается в конденсаторе, пооле чего подаетоя на топливные электроды, находящиеся в модуле. Омывая их, топливная смесь снова увлажняется водой образующейся в порах топливных электродов при генерировании электрической аквпгиь* Конденсатор водяных паров (рио.14) состоит из верхнего сборника I, в который через патрубок 2 входит увлажненное топлрдо. Проходя внутри трубок теплообменника 7, влага, находящаяся в топливе, конденсируется на стенках трубок я стекает по ним в ннжшов чаоть конденоатора - водяной коллектор 6. В нижней частя коллектора имеется гадрофальная пористая диафрагма * которая пропускает воду и не пропускает газообразное топливо. Подоушенное топливо поступает в патруоок,5 тошшвного компрессора, обвопечивапцего циркулях® ~> топлива в контуре. Для того чтобы конденсация влаги протекала янтеноивно, в теплообменник' 7 через штуцер з поступает жидкий аммиак. Попадая в околотр^бное пространство, он испаряется, отнимая тепло, образующееся при конденсации водяных паров. Отработанный в теплообменнике амыиаж через патрубок 8 поступает в систему подготовки топлива. Определение величины охлаждашей поверхности конденоатора Раочетные данные: ксмапвство конденсирующейся воды (с 4 модулей) Ом,а * 4 х 0,45 к 1,8 кг/ч; количество топливной смеси, проходящей через конденсатор, Сц'Ц = (0,383 X 5) 4 = 5,66 кг/ч; состав топливной смеси - 75$ Н + 25%Ы (по объему); количество входящег? в конденсатор аммиака = 1,356 кг/ч. Энепгосиловая установка электромобиля (рас.15) Движение влектромобнля осуществляется при помощи электродвигателе £, подучающих питание от мектрохимического генератора, непосредственно преобразующего химиявокую энергии топлива в электрическую. В состав энергосиловой уотановкв входах: мектрохимическай генератор; устройство для подготовки топлива и окислителя; устройство для хранения топлива; два тяговых влектродвигателя Постоянного, тока (ТЭД); оястеме пуска и регулировка электродвигателе!.' В проектируемый электрохимический генератор входят: батарея» состоящая рз вооьми топливных модулей, прообразущах химическую энерги® топлива в электрическую; система» обеспечивалвая работу батареи топливных модулей. 3. шошт расчета системы с высокомкими АККУМУЛЯТОРАМИ Последование и развитие топливных элементов (ТЭ), начатое в этом десятилетии, показало их перспективность в качеотвв источника энергии для экипажа. Успешное использование ТЭ ва космическом корабле типа G&fti/ri повысило интерес к ним. Однако вопроси стоимости, срока службы, простоты и надежности ТЭ препятствовали их практическому использование. В ооодвдтв годы развапе воздуюно-данковых (В-Д), оернона*-ркввых (Ма S ) н цругях ввооховшах аккумуляторов создало новую техлическув основу дхя повышевая интереса к в*вкт;ройо<5жлям. Ч/Л?
ггг
9d
скорость На рао.16 представлена зависимость овод, необходимой дхя Разгона 2-тонного экипажа, от его скорости* Горизонтальная ливня, проходящая несколько ниже отметки 546 кг, определяется нонструн-тжвнши ограничениями (в данном случае максимальнш ускорением, равнш 14,6 км/ч за секунду) а ограничением до току дву* тяговых
двигателей помаянного тока. На рво.16 представлена также к тормозная характеристика, Тяговая характеристика раоочитава так, чтобн точка пересечения о тормозной характеристикой соответотво-аала око рос ти 130 км/ч й выбиралась аз соображения достаточно поло**-тельного уокорення в диапазоне до схороотв 80 км/ч. скорость На рис.17 показав гранях зависимост» потребной мощности от скорости двяжввжя. Около' 50 кВт требуется для достижения макся-мальной скорости 130 км/ч. На рис. 18 показаны величина тока двигателя в потребляемая мощность для заданного цикла движения. Ва верхней диаграмме представлен график разгона до скорости 80 км/ч* движение с установившейся скоростьв и равномерное торможение. Значение замедления 'при торможении принято равным 8 км/ч за секунду, хсхя конкретное значение замедления дли данного анализа не отоль важно. Средняя диаграша показывает изменение тока яхсря и тока обмотки возбуждения, регулирование которых ооуцеотвляется раздельно. Ва диаграмм видно, что тох якоря остается постоянна* в период разгона машины в затем падает до величины, необходимой для поддержания поотоянной окорости даахания. В so же. время ток обмотки возбуждения имеет поотоянную величину в период трогания с места и затем уменьшается по мере возрастания скорости. При переходе с разгона ва установившуюся скорость этот ток несколько увеличивается. В данном примере генераторное торможение не рассматривалось, поэтому оря тормозном режиме ток обоих двигателей экипажа равен нуле. На нижней диаграмме показана мощность, развиваемая каждым двигателем за период рассматриваемого цикла. Максимальная мощность не равна номинальной мощности двигателя. Тяговые двигатели допуокают продолжительные перегрузки. Выбор двигателя в методике не рассматривается. На основе конкретного электромобиля бола составлена математическая модель и разрабатывается аналоговая программа. Для анализа был выбран 2-тонный экипаж с Ц-В-батареей весом 454 кг соответствующей мощнооти. Чтобы провеоти полный анализ, должны бить определены некоторые свойства аккумуляторов. Сюда входят данные по характеристике заряда и разряда батареи, емкость и максимальное напряжение. Технические овойства электромобиля иллюстрируют рис.19 и 20» а также табл.4. На рис.19 показав график разгона до скорости 30 км/ч с последуоцим торможением. В отличие от рис.19, на рис.20 изображен период движения с установившейся скоростью. Диапазон движения о установившейся окоростью может быть изменен (для машинной программы удобно изменять диапазон по геометрической прогрес-оии). Во все! случаях разгон проиоходат при ускорении равном 14,5 км/ч за секунду. Более существенным показателем свойства батареи являются данные, приведенные в табл.5. В графе "Количеотво км в цикле" имеется в виду расстояние, ооответотвующее ординате рвс.19 и 20, на основании которой расочитывается средняя скорость, максимальный радиус пробега, расчетный вес двигателей в передачи. Заметим, что с увеличением количества км в цикле увеличивается максимальный радиус пробега при одном и том же весе аккумуляторов. Поскольку требуемая мощность двигателей извеотна применительно к экипажу| разгоняющемуся и движущемуся на максимальной скорости, можно ва основании расчетной программы расочитать потребную энергию для определенного движения. Можно также рассчитать удельную и общую емкость батарей, требуемую для каждого цикла ускорения. мощность „о* /? Время, с Tic» 18 Рис.19
скорость, _______у _ скорость,
Рис.20
Таблица 4 Результаты расчета типового электромобиля Наименование параметров    : Параметре Постоянные величины Максимальная скорость по ровной дороге, км/ч    128,8 Ускорение замедления, км/с ,6 Исходные данные Вео автомобиля, т    2 Начальное уокорение, км/с    14,5 Вео В-Ц-<5атарви, кг    454 Напряжение батареи при движении. В-    72 Крейсерская скорость, км/ч    80 Результата расчета Максимальная мощность двигателя, приеденная к ободу колеоа, л.с.    £6,6 Удельная нагрузка на аккумулятор при полной мощности, Вт/кг    107 Скорость, достигнутая при подвой мощности,км/ч    18,1 Ускорение при полной мощности, км/с (    14,2 Ток аккумулятора прв полной мощвооти, А .    689 Вес управляющей аппаратуры, кг    19,6 Объем управляющей аппаратуры, см8    2760 Ускорение при достижении крейсерской сжорооти, км/с    2,25 Мощность, развиваемая двигателем при установившейся окорости движения, л.о.    8,45 Силовой ток ва установившейся скорости движения, А    218,7 Удельная нагрузка аккумулятора при рейсовой скорости, Вт/кг    35,4 Таблица 5 величестве! в цикле ; Средняя скорость, км/ч :Радвуо пробега, : км • :Вес передача ■ : двигателе*3?/, х) Вео двухмоторной тяговой траномиссии ва йоотоянном токе, необходимой дел дательной работы при данном ходовом цикле. Расчетные данные, получеянне на знчиодательной машнве
движения, торможения. По энергии., необходимой дхя одного циклаt легко расочитать общув емкооть для всего перемещения. Очевидно» что прк данном объеме дуй движения с большим количеотвом остановок и пусков общий ради;о пробега короче» чем при длительном движении о крейоерохой окоростью. Иопользуя этот метод раочета, можно рао-очитать макоимальннй пробег экипажа точнее» чем при ранее применявшемся способе расчета по среднему движение. Изменение диапазона 2-тонного экипажа в зависимости от вела-' чины пробега (км за цикл) при ускорении от 454 кг В-Ц-батареи показана на paci2I. Диапазон движения дхя скоростей 80 хм/ч в 125 км/ч дан в за-висимооси от числа пройденных км за цикл. Раочеты показывают- снижение диапазона движения о увеличением рейсовой скорости и веса экипажа. Это происходят даже в том случае, если общий вес аккумуляторов пропорционально увеличивается. Данные B-2-аккумуляторов приведены на ряс.22, где представлены кривые зависимости напряжения и расхода анергия для батарей Б. Рис.23 иллюстрирует зависимость между емкость!)’батарей* выра~ женной в Вт*ч/кг, в плотностью выделяемой мощности, имеющей размерность Вт/кг. На рао.23 обозначены области кривой, актересующие нао с точки зрения мощности, необходимой для разгона и преодоления большей дистанции. Требование совмещения сбеих областей (овойотв) ясно показывает необходимость создания гибридных источников энергии. Tax как высокая энергоемкость и вноокая плотность не совместимы в одной батарейной системе, может быть предложена двойная батарейная оистема. Свойства тахой системы иллюстрирует рее.24, на котором изображен тох, имепций положительное значение по обе стороны от координат напряжения для двух аккумуляторов, один из них имеет высокую емкость, другой - высокую пряемиотость. В такой системе высокоемким источником может быть аккумулятор или топливный элемент, а другим источником мощности может быть любей аккумулятор (или другая оиотема о высокой приемисто- ’ стьв), опоообный допуокать большие токовые перегрузки, необходимые для разгона. Иоточник большой емкости может быть использсван для подзаряди, источника с высокой приемистостью во время остановок, если последний является аккумулятором. Таким образом, компьютерная программа дает возможность определить те показатели, по которым можно оценить электромобиль. Предварительная научная база, основанная на использовании В-Ц-аккумуляторов, позволяет проводить опенку радиуса движения экипажа при любых возможных режимах. !Anpt*C*f*ii, $ У&?Аё/1&9 t*$p$U9 А 3* т ш за ЛмТИвеМ ГО/ГЛ /еоосн* рнкогтъ . Рис.23 4. ИСТОПИТ» РДПЧЕТА СИСТВШ ПРИВОДА ЭШТРОМОНШ С ОДНОТИПНЫМИ И КОМБИНИРОВАННЫМ энютосидовьыи УСТАНОВКАМИ Последования саотем электропривода электромобиле! о однотип-яж» а комбинированными установками проведены в МЗИ в ВНШ'Ш П.0* "Динамо" под руководством И.С.Ефремова, А.П.Пролнгина ж Б.П.Гущо-Малкова. Определящим фактором в создании электромобилъного.транопор-та, конкурентоспособного о современным автотранспортом, является решение проблемы его автономной энергетика. Параметры агрегатов автономной системы электропривода электромобилей л требования ч ним существенно различаются в зависимости от назначения и облао-тей применения электромсбнльнсго транспорта. Ниже проведены результаты оценки мощнсстных а энергетических параметров 'энергоустановок двух основных типов электромобильнагв подвижного состава: городских электромобилей, эксплуатируемых на усовершенствованном дорожном покрытии (коэффициент сопротивления движение Y » 0,014-0,016) о обеопеченвем вьюоких тягово-динаш-чеоких качеоТв (максимальная скорость У' =80-120 км/ч) при чао-тих остановках, в карьерного электромобильного транспорта, дхя которого характерно движение по специальному покрыты ( Г *0,02- 0,06) о преодолением уклонов до 182, длительным электродинамическим торможением а транспортными скоростями в рабочем режаме 15-25 км/ч, в нерабочем - 50-60 км/ч. • . При выборе астрчниха энергии дхя энергоустановок городского электромобиля оценивают два основных эксплуатационных аспекта.' Первый базируется ва иопользовании в качестве источника анергии дхя движения электромобилей современных аккумуляторных батарей. Иа-эа низких энергетических а весовых"показателей свинцово-кислотных а щелочных аккумуляторов аопольаование электромобилей в черте города возможно в небольших, четко ограниченных районах. Во втором случае электромобиль рассматривает как транспортное средство, обеспечивающее основной объем городских перевозок а по своим параметрам позволявшее заменить автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Только в этом случае в настоящее время становится возможным существенное расширение типажа а увеличение количества электромобильного подвижного состава, достижение сопоставимого процента электромобилей и автомоделей, обслуживающих городские перевозка к, следовательно, создание реальной основы для снижения аагазованност» городов, уменьшения шума ж подготовка технических предпосылок для дальнейшего совершенствования экономики транспорта* Для оценю удельных мощностных ■ энергетических параметров перспективного электромобяльного подвижного состава были исследованы паосахарские я грузовые городские электромобили ■ электробусы различного назначения в полезной нагрузка, обеспечивающие объем перевозок, соизмеримый с автотранспортом, в перспективный оамоовадьный карьерный влектромобильный транспорт грузоподъемностью 75-180 т. Их тягово-динамические качества, характеризуемые зависимостями У» (*) (рве,25), были приняты аналогичными автомобильному подвижному ооотаву, а запас хода в скорости движения - обеоиечьвавдима. заданный дневной объем перевозок с соответствующими траыопортнши циклами в зависимооти от назначения машины. На рио.: I - легковые и грузопассажирские автомобили; 2 - автобусный и грузовой транспорт; 3 - легковые электромобили; 4 - грузовые электромобили; 5 - электробуо; 7 - самосвальный карьерный транспорт; 8 - аэродромные! тяговые с электроприводом. Пренебрегая незначительным расходом энергия на питание вспомогательных сиотем, определим требуемую удельную мощнооть * энергоустановки электромобиля; где Рк - мощность на ведущих колесах; - эксплуатационный (энергетический) КПД. Мааса'энергоустановки    по результатам весового анализа электромобилей, вылущении в последние годы в нашей стране я за рубежом, принималась равной дхя городских легковых и грузопассажирских электромобилей 25f, дхя электробусов - 2$ и электромобилей -самосвалов 9-11% по отношение к ообственной наосе (рио,26). Ва рис.26 изображена зависимость относительной маосн эвергоуст*-тевки от ооботванных масо электромобилей, где I - легковые; 2 - грузовые; 3 - электробусы;^,5- турбогенераторные аккумуляторные электромобили. Диапазон изменения необходимой энергии эвергоуотановки электромобиля и обеспечение* заданного пробега для ооответствуодего га-ва машины определятся жз выражения ^ Л'Агр' 19 f * ^г*    т где Атр (P..U) - полезная работа электромобиля по преодолейте сил сопротивления движению в течение транспортного цикла; П - число транспортных циклов. Изменение требуемой мощности Рк ft) ва ведущих колесах может быть определено по зависимостям 1Г( t), характеризующим необходимые тягово-динамические качества электромобяльного подвижного состава (рис.26),ж выражение    s П G(n)*r . GYV А «fir ПIr = у— + — + 'JZ7~’    (3) где kF - фактор обтекаемости экипажа, имепцего силу F ( С - полная масса электромобиля; t*Y - коэффициент инерции вращащихся масс; а. $ - покорения, соответственно, электромобиля и силн тяжести. На удельные показатели энергоустановки влияет не только конструктивные показатели агрегатов сиотемы электропривода, во ж пере-, менннй режим движения, а также условия эксплуатации электромобиля; в сиотеиах электропривода о комбинировавшая энергоустановкам* учитываются, кроме того, относительное время работе каждого источника. мощность и потери в зависимости от схемы передачи энергии ва ведущие колеса за транспортный цикл.• Влияние всего комплекса факторов на энергетически» экономичность автономной системы электроправода учитывалось зкеплуатациснами НЛД сиотемы электропривода /» , под который понвмаетоя отно-■енив полезной работа <Ц,р по преодоление электромобилем оил сопро-тиыеюая движвнжв к общему расходу энергии за транспортный цикл Aq, запасенной в той алх иной форме в энергоустановке электромобиля* . Таким образом, общее выражение для эксплуатационного КОД автономной ожстемы электропривода электромобиля имеет вид /, • 1^1= 1- :    м>
где РИС.25 суммарный расход энесгаи ва компенсацию потерь в элементах системы электропривода (в энергоустановке As ^ а электроприводе за Величава А ^ и ооатавляодие Ад, и Адр изменяются в зависимости от расчетного никла, тина энергоустановки в с хеши передачи анергия ва ведущие колеоа. В частности, при работе исследованных сиотем электропривода городских электромобилей о о moms-внш и комбинированными энергоустановками в расчетных транс аортных циклах выражения для величин А0> и А^р в (4) я {§) записаны ниже. I. Для электропривода о однотипной алку«улятощо£ гнерго-уотановко! {рво.25) Щ. АоЧ ~ /{of * Poi £<rs. ivs ~    ^ работа заряда аккумуляторной батареи дш обеспечения транспортных циклов о КПД оо энергии в течение времени заряда tat моцноотьв Р • газ* А А ус е ^ “    Го оужарннД расход энергии на компенсации потерь при разряде аккумуляторной батареи за время пуска Хп и установившегося движения (jeo.26)| АА^,в ’J (ьРр**Р*+&Р*)Л> (в) где &Рр , &Ра ъаРп - потеря мощности, соответственно. п системе регулированияр тяговом двигателе а передаче эа транопор^г-ный фиш Т, 2. Для электропровода о машинным преобразователем в энергоустановке Ал * 0 - frGr~    ,(£' ' общая потенциальная энергия энергоустановки? электромобиля, эаш-сенная в топливе о теплотворной способностью    дхя обвййёч®- ния работы в течение транопортного цикла ( G,- - масса топлива); £&A9¥S « п f +аР,)Ы1 -    (10» суммарны! расход внвргяя на компенсации потерь, соответственно, в тепловом двигателе л Рта ж генергторв Л гг . 3. Общая потенциальная енергля однотипной енергоустановки нри запасании в ней окислителя я топлива где ?*,£<> - окислительная способность я масса окислителя. Расход ввергни на хомпевоацшо потерь в топливо! батарее йРхй я обеспечение ее работы за цикх ' лРп (12) Величина    ‘дАпрХ * & Ам* определится ив (8). 4* Дхя сиотемы алектропрявода о комбинированной внергоуота-яаахой    . <, Z&Atvi /(йРгА, + AP't)c/t * где лРгаг , Д Ртл'* - энергия на комленоапяв потерь в тепловом двигателе яря работе, соответственно, на тягу я псдзарях аккумуляторной батареи; лРгг , 'Л Prti - то же. в генераторе; Л Ргр , л г г* « _ то *е. в аккумуляторной батарее. При данной схеме привода ооотавдявдая х    (И) а/Кр % (* Р* /i +JApf*    St-    (15) суммарные потери анергии в оиотеме регулирования при работе первого источника л Ppt , второго- йРрг и потери а Рри при поднаряде второго источника первым; t Л Л*-,/«*'♦./* Л»    ,м) то же. в двигателях при работе от первого яоточника лРаг я
Ряс.27
о* второго Аглг 4 А, * /*я' *' /*р" ^ '    (П) то же в тяговой передаче при работе от первого иоточника(4 рП|), к от второго (а Рп*). Величина А^ определится так же, как и A0(J. Аналогично значению ^ А^у ^ Ацр б и Аоб'бвдм найденн дхя расчетных циклов самоовальных электромобилей. С учетом (5)-(Г7) по эавиоимости (4) бнли найдены значения \ джя раочетных транспортных циклов' электромобильного подвижного соотава и для определения удельных параметров по формулам (I) и (2). С учётом принятых дннамячеоклх и относительных веоовых показателей и КПД на рио«27 приведены результаты оценки требуемой удельной мощности энергоустановок городских и карьерных груаовых электромобилей в эавиоимости от установившейся окорости движения на горизонтальном учаотке дороги Ру( V* ) о диапазоном изменения сопротивления движения, указанным выше, и в зависимости необходимой удельной макоимальной мощности энэргоуотановки от скорости в период пуока РпМ , определяемых заданной динамикой машин. Результаты раочета сдельных мощностных и энергетических по** казателей энергоустановок по завйсимоотям (I) и (2) для подвижного ооотава городского и карьерного самосвального электромобиль-ного транопорта приведены на диаграмме . р(%) (рио.28,29). Как оледует нэ рис .28, для обеспечения тяговых характеристик городских электромобилей общего назначения и эапаоа хода 300-350 км удельная энергоемкость их энергоустановок должна быть не менее 200 Вт.ч/кг, а максимальная удельная мощность не ниже 200 Вт/кг* Менее жеоткие требования предъявляются к энергетическим уотанов-кем городских электромобилей, такой, электродуоов и грузовых разводных электромобилей для доотавки товаров на дом, поокольку для них допускаетоя меньший запао хода и меньшие ускорения при разгоне* На рис,28 для сопоставления приведены также требуемые удельные характеристики для подвижного оостава городского и пригородного электромобильного транопорта и удельные характеристики источников энергии, которые раооматривают как возможные перспективные Рио.28 ф.вт У/кг источники душ энергоустановок транспортных средств. По сравнению с газотурбинными и дизельными двигателями, име-«ними удельные мощностные параметры соответственно 600 я 800 Вт/кг, у турбо- и дизель-генераторных агрегатов как постоянного, так и переменного тока удельные мощностные я энергетические показатели ниже. Особенно это сказывается при увеличении продолжительности дневного транопортного цикла, соответствующего 8-10 часовой.заправке горючим (рно.29), где I - газовые турбины; 2 - дизели; 3 - турбогенераторы; 4 - дизель-генераторы; 5 -«ограничение по работе с восьмичасовым запасом топлива* Улучшение удельных показателей энергоустановок возможно в этом случае за счет уменьшения, с сднсй стороны, удельного расхода топлива ори соответствующем режиме работы теплового двигателя, а с другой - за счет оптимизации составляющих транопортного цикла и снижения составляющих потерь элементов системы электропривода» имеющих наибольший удельный вес в зависимостях (8)-(Ю), которые определяют эксплуатационный ГОД сиотемы электропривода о машинными преобразователями энергии» Исследования показали, что в отличие от грузовых самосвальных электромобилей, транспортный цикл которых построен на максимальном использовании установленной мощности, в расчетных режимах * городских электромобилей имеет место изменение уровней мощностей в режиме пуска Рп электромобиля и при его движении о установившейся скоростью Ру.    о О Лдя легковых электромобилей соотношение Гл / * У составляет 2,5-3, а для городского грузового и электробуоного транспорта ' 1,8-2. Указанное различие в требуемом уровне мощности обусловлено, очевидно, как требованиями по обеспечению достаточно высоких тягово-динамических качеотв, так и эксплуатацией городских электромобилей на усовершенствованном уличном дорожном покрытии со сравнительно небольшим сопротивлением движению; различие в требуемой мощности приводит также к недоиспользованию общей установленной мощности энергоустановки.    . . Оценка транспортных циклов городских электромобилей показала, что соотношения между интервалами времени основных режимов движения (пуок, движение с установившейся скоростью, торможение, остановка и т.д.), для которых характерны чаотне вынужденные оста- . нонки в сочетании о необходимостью обеспечения требуемой динамики, делают целесообразным применение на городском электромобильном подвижном составе комбинированных энергоустановок. При атом становится возможным реализовать их пусковые свойства ори есцользо-вания обычных аккумуляторных систем в качестве пускового источника (ори соответствующем улучшении их зарядных харахтеристих), а также онизвть установленную мощность источника о большой анерго-емхооты) для легковых электромобилей ориентировочно в 3 раза, для грузового и алектробуоного подвижного состава - в 2 раза. В настоящее время возможно создание городского электробуса о малотоксичной комбинированной энергоустановкой, состоящей из ди-зель-генераторного агрегата и аккумуляторной батареи. Энерггуота-новха этого типа позволит снизить тохсичнооть автобусного транопорта до уровня международных норы, запланированного ва 1980 г.' Исследования подтвердила целесообразность и принципиальную возможность создания легкового электромобиля для городских перевозок с комбинированной энергетической установкой из пусковой аккумуляторной батарея ж батареи низкотемпературных топливных элементов на жидком топливе. Пробег электромобиля может достигать 150-200 хм при мавоимальяой скорости 70 км/ч; суммарная масса энергоустановки составляет. 30-32? собственной масон электромобиля, принятой в расчетах равной 1,4 т. В связи с этим представляется целесообразным сосредоточить усилия научно-яо-_ следовательских специализированных организаций на основания , внедрения в промышленное производство низкотемпературных батарей топливных элементов яа жидком тошшве и кислороде воздуха в качестве окислителя для автономной транопортной энергетики. При достижения необходимого уровня мощностных и энергетических показателей, а тагсже в результате конструктивной и технико-эксплуатационной проработки станет возможным массовый перевод автотранспортных средств на энергетические установки о топливными батареями. Необходимо также отметить, что этот переход вызовет, в свои очередь, соответствующую перестройку определенных отраслей промышленности, производящих топливо, автопромышленности, электротехнической я автотранспортной промышленности. Выводя. I. В связи с расширением применяемых типов источников анергия термин * электромобиль", который ранее относили только а аккумуляторному транспорту, в настоящее время раопрост- '    51 ранен практически ва все дорожные безрельсовые пневможолесны* транспортные оредотва о злент роприводом ведущих колес, питаеиьм от автономной энергоустановки о источникам энергия одного ил двух типов. 2* Развитие к широкое внедрение городского электромобиль но-го транспорта одерживается иэ-эа отсутствия нетокоичного автономного источника енергии о конкурентоспособными, по оравнению о автотранопортом, мощностями и энергетичеокими параметрами. Анализ режимов работы энергоуотановок эа транопортный цикл и эксплуатационные требования к ним показали целесообразность применения на городоких электромобилях низкотемпературных топливных элементов, работающих на жидком топливе и воздухе в качеотве окислителя » а также комбинированных энергоустановок из сочетания двух источников разной мощности и энергоемкости. 5. ОТТЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК. ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ И АНАЛИЗ ИХ ПРОШЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ В главе рассмотрены оиотемы по методике Всеооюзного научно-, иоследовательокого аккумуляторного инотитута на примере зарубежных исследований. Характеристики автомобилей определял» с помощью опевдфикадий на ооотввтотвупдие электромобили. При проведении вычислений предполагают, что электромобили имеют такой же кузов, раму- и раопре-деление веоа, как и обычные автомобили. Таким образом, сделав допуск на типичную полезную нагрузку, оотальной допуотимый вео электромобиля (до брутто походного, автомобиля) распределяют как оиотему внергойитания (иоточник энергии, контрольные приборы, редукторы и двигатель.); В табл.6 представлен вео крупных узлов в дополнение к некоторым другим параметрам, необходимым дхя более полной характеристики механичеокнх качеств рассматриваемых электромобилей. Данные ускорения, представленные в табл.6, соответствуют макоимальнш эксплуатационным характеристикам каждого автомоби~ ля, и эти данные также служат для определения макоимальной потребляемой энергии. Величины пробега - это оредние величины дхя эквивалентных автомобилей о двигателями внутреннего огорания (легковых автомобилей, такси и автобусов). Пробеги пассажирских автомобилей, транспорта общего назначения и фургонов соответствуют дневным пробегам тех автомобилей, которые не попользуются 52 \
%
\
непрерывно в течение длительных периодов. ^ипгр^ятяписнные профили Дхя определения расходуемой энергии, которая зависит от таких факторов, как ускорение, сопротивление качение, аэродинамическое сопротивление и оостояние дороги, устанавливали ооответотвупцие приборы, записывающие скорость, уокерение и профиль наклонов дхя различных автомобилей при ооответствупцих условиях.
Ва рис.30 охеыатнческн представлены полученные данные. Доя измерения ускорения автомобиля и движения по наклонной мест» ности использовали акселерометр. Отдача при поотоянном токе этого прибора била пропорциональна суммарному влияние как ускорения,так и наклона. Однако возможно определить эффективный уровень, имеющий место при каждой скорости иа записей ускорения, в периоды движения автомобиля о постоянной скоростью или в периоды простоя. Небольшой генератор постоянного тока подсоединяли непосредственно к кабели.спидометра и аапиоывали скорость как функцию времени. Генератор имел постоянное магнитное поле, и его выходное напряжение било линейным и пропорциональным вращению вала якоря в минуту. Генератор приводился в дейотвье от кабеля спидометра через Т-образную перемычку, поэтому производилась зашоь скорости . Дхя каждого автомобиля записывали уоловия эксплуатации в течение одного часа дня получения типичной эксплуатационной картины автомобиля
Рио.30
?
1Л 1Л о    о со
ю    о до О О О О О М    1П со о
8 0 О Ю Ш 1    м • ДО in CM С* о    о rt N И ^ Тбхндоеск&б характеристика электромобиля
О я «хэ о о а> f-# *8 £9
8 8 8 S S 7 е* Й о до до см см о    * СО СМ Ы <0 8 8 8 S I § 8 8 ^ Я Я ■ A w й
со а о о в на силовую передачу автомобиля налагали соответствующую энергию. В табл.7 приводятся некоторые параметры автомобилей, работающих в контролируемых условиях. Таблица 7 Некоторые параметры эксплуатации п , т ь    *_ Такси : Фургон :    Автобус “ 3 1 *    :Шенехтади:Бовергаун: ьронкс5Сити Макоимальная скорость. км/ч    72    72 48    33 Средняя окорость,км/ч 26    12,1 12,9 5,95 Остановки, мин    2,7    7,0 7,6    15,7 Вычисления и результаты I. Аналитический метод Вычисления для определения пиковой энергии и общих энергетических затрат, вплоть до уровней, указанных в табл.6, приводила посредством различных программ. Последовательнооть вычислений показана на рве.31. Программа по вычислению крутящего момента* Записанную скорость в профиль наклона для каждого автомобили преобразовывали в префкль энергии ведущей оси, подставляя вычисленные характеристики автомобилей из табл.6 в соответствующие математические уравнения, ооотносящие налагаемую энергию, вео автомобиля, скорость и аэродинамические факторы. Записанную скорость в вычисленные профили ведущей оси затем попользуют для получения кривых зависимости крутящего момента от окороотн, что необходимо дхя вычисления размера и веса мотора, преобразователя мощнооти в редуктора. Программа по вычислению эффективности. После внбора компонентов привода передачи на оонове вышеприведенных результатов данные соответствующего общего КПД передачи в зависимооти от налагаемой энергетической нагрузки использовали дхя вычисления профиля ведущей оси. Это дает зависимость "анергия - время". Кроме вычисления среднего КПД трансмиссия лая определенного пробега, по этой программе вычисляли также ддгие данные, такие.как средняя скорость автомобиля, чаотота остановок, а такие потребность в пиковой и средней энергии, поэтому суммировали ооновные различия между автомобилями в режимами их работы. Активная программа. Выбор 1*1, , Посредством этой программы можно объединить вычисленные профили анергия,уха- ' зашше выше, я уравнения дхя разрядные характеристик, связывавшие выходное напряжение, ток а ооотояние зараженности, чтобы вычислять возможные радиусы действия автомобиля для определенных систем батарей. При проведении данной программы ооотояние заряженнооти батарея, а также режим разряда вычисляли в течение каждой секунды в период определения профиля анергия. Метод повторного вычисления попользовали для повторного вычисления профиля эксплуатации, сохраняя интегральный сточет времени, раостсяния, количества остановок, а также состояние заря-женностя батареи. Этот процесс продолжали до тех пер, пока батарея была.разряжена,либо до заранее установленной величина, либо дс точки, когда она уже не могла удовлетворять энергетические затраты автомобиля. Второй этап программы - использование петля компьютера, что позволяет ввести последовательные этапы постоянной мощности порядка I кВт, полученной от генератора, работаеде-го параллельно с батареей. При данном методе весовой допуск источника энергии сохраняли постоянным, уменьшая вес батареи дня компенсации дополнительного веса генератора, входящего в гибридную систему. В периоды низкого расхода энергия избыточная энергия генератора может бить попользована для подзаряда батарея в пределах, осответствуадих заряду батарея. Таким образом, регулируя заряд батарея и модернизируя эксплуатационные характеристики, посредством цифровых методов этс& программы возможно определить эффективный радиуо действия как функцию генератора. На рис.32 показана результаты, полученные для различных типов автомобилей, в которых используется гибридный источник энергия - генератср (свинцовая, батарея). В Bitfope Л 2 разработана активная программа для вычисления спецификаций источника энергия, исходя из удельной энергия и мощно оти; при этом объединяли характеристики автомобиля и соответствующие требования по их эксплуатации. В зтой подпрограмме энергетический профиль иоточника энергии интегрировали для вычяоления общей энергии и пиксвую энергию определяли как максимальную выходную энергию источника энергия. Требования, предъявляемые к ведущей оси автомобиля. Величины ведущей оси вычисляли из величин общей оялы, двйотвупцей на автомобиль и противодейот-56 Характерно* Требова Эксплуата тики кузо ния марш ционные ха рактеристика источника анергии Предполагаемые технические    Записанные    Зарядао*» характеристики    данные    разрядные данные батареи; удельные веоовые характеристика Программа по крутящем; моменту: ведущая ось; скорость вращения; отношение скорости к энергии Мотор; управляющее устройство; редуктор Модернизация • распределение веса Вычисление КПД коробки передач Программа по эффективности: энергетический профиль источника анергии; средний КПД трансмиссии; сощие данные пробега Активная программа {выбор I I)
Активная программа (выбор £ 2)
ирооег автомобиля, зависимость характеристик от размера источника анергии, гада_ Спецификации на источник анергии
/т 5 F( качения) t Р(аэрод*нам1ч.) ?^"(увюрвмм) ^подъема). /■" (качения) ж #t (ь/е) [ & * & У ] • г (аеродинамич.) r С-А V , F (ускорения^ » /| ) Г Г а?? ) ’ Г (подъем) е (My)s1cL . В данных уравнениях Wy - брутто автомобиля, кг; V" - мгновенная окорооть. км/ч; С - коэффициент торможения дхя данного автомобиля; Л - фронтальная площадь поверхности автомобиля, м2; - наклон, градусы; ^1 - мгновенная сила, необходимая дхя преодоления сопротивления ^ . На рас.33 показана типичная зависимость "энергия - время", [ осгамо&п/и I ___J 5««ргш, КВТ
достой
Сшолиьесш uBofyaycewe anittcuttocm/ знергм- ipemr: <
. в
---знереир, источники энергии; -энергия, &ыро.$атъ/£а.е/*а4> осью. ооотгзтотвупцая охаиатичеокой крмвой "окорооп - время*» пока- занной на риовЗО; Обычно максимальный крутящий момент наблюдается в начально! фазе ускорения а быстро падает пра увеличения скорости. Соответствующим образом прилагаемая энергия быстро растет я достигает максимальной величины в течение нескольких секунд после начала движения автомобиля* Эта потребность в энергии сохраняется или может падать до более низкой стабильной величины» по мере того как автомобиль достигает постоянной скорости, зависящей от уоко рения* Очевидно, что когда автомобиль движется накатом или отоит, энергия, прилагаемая к оси, и крутящий момент равны нулю* Для каждой комбинации "автомобиль - маршрут* учитывается весь профиль, и максимальный момент, который удовлетворял бы основным требованиям определенного автомобиля» выбирается в соответствии с размером элементов силовой передачи* Компоненты силовой передачи. Кроме выбора вращающего момента и напряжения, для автомобилей определенного назначения осуществляется выбор привода от двигателя с соответствующей зубчатой передачей и электронным контролем,для чего требуется тщательный анализ многих факторов, таких как теп-ловйв режимы, способы охлаждения* а также механические предела зт&х компонентов® Проблемы, связанные с размером этих компонент тов, очень сложны, так как требуемые профили загрузки отклоняются от постоянной величины из-за трудности точного вычисления тепловых факторов электронных устройств* Однако для данного исследования' требуется только приблизительное вычисление веса^ а точная спегшфикацая этих компонентов не требуется* Для этой цвет удобно определить зависимость "скорость-энергия”. Эта величина указывает размер мотора и управляющего устройства*. Этот параметр, наряду с опубликованными данными, использовали для вычисления веса и КПД этих компонентов. Произведение отношения скоростей определяется как максимальная энергия, умноженная на отношение максимальной скорости автомобиля к окорости автомобиля при максимальной энергии* Величины зтого параметра определяли посредством анализа вращающего момента* В табл*8 показано нарушение веса, вызванное элементами силовой передачи, исходя из отношения "око-рооть-энергия" для каждого автомобиля* В табл.8.включен также средний КПД трансмиссии каждого автомобиля во время его пробега, накопленная энергия, а также требуемая максимальная энергия. КПД преобразователей энергии и электрических моторов зависит от 8 8 U)
М Г)
§ 8} |
s £-« •• •• <sj И о т АО о о к я ■ о
О Ц) Ц) О (О Ч* С*-
a 8
Ю 1Л О 1> Q со а>
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я