Обзор состояния и перспектив тягового электропривода автономного транспорта

Михаил [Mikhail] Александрович [A.] Слепцов [Sleptsov]; Валерий [Valeriy] Иванович [I.] Нагайцев [Nagaytsev]; Владимир [Vladimir] Георгиевич [G.] Комаров [Komarov]; Антон [Anton] Валерьевич [V.] Банакин [Banakin]

Михаил [Mikhail] Александрович [A.] Слепцов [Sleptsov]
Валерий [Valeriy] Иванович [I.] Нагайцев [Nagaytsev]
Владимир [Vladimir] Георгиевич [G.] Комаров [Komarov]
Антон [Anton] Валерьевич [V.] Банакин [Banakin]

Ключевые слова: тяговый электропривод (ТЭП), комбинированная энергосиловая установка (КЭСУ), автономное транспортное средство (АТС), тяговый электродвигатель (ТЭД), накопитель энергии, фазорное управление, имитационное моделирование

Аннотация

Представлен обзор и проанализировано современное состояние использования тягового электропривода (ТЭП) на автономных транспортных средствах (АТС). Показано, что в основном ТЭП применяется в составе комбинированных энергосиловых установок автомобилей (КЭСУ), а также как основная энергосиловая установка на появляющихся в последнее время электромобилях. Применение гибридных энергоустановок требует включения накопителей энергии в виде электрохимических аккумуляторов или суперконденсаторов. Описаны различные способы заряда накопителей энергии от теплового двигателя, солнечных батарей или топливных элементов. Заряд накопителей также осуществляется от тягового преобразователя в режиме рекуперации энергии торможения. Наиболее перспективным на сегодня остается применение гибридных энергоустановок с тепловым двигателем. Рассмотрены показатели трех типов аккумуляторных батарей и возможности оптимизации энергоустановок. Продемонстрированы и сопоставлены функциональные схемы различных энергосиловых систем. Доказано, что в условиях отсутствия накопителей электроэнергии, удовлетворяющих по энергоемкости, массе, объему и стоимости, на АТС наиболее целесообразно использовать КЭСУ последовательного типа. Приведены разработки кафедры в создании транспортных средств с накопителями энергии на суперконденсаторах и с гибридной энергоустановкой на тепловом двигателе. Рассмотрены теоретические основы фазорного управления электрическими машинами, базирующегося на математическом описании их моделей с помощью интегральных функций комплексной переменной. Это позволит не только обобщить результаты анализа и моделирования процессов в различных электрических машинах, но и существенно упростить, и усовершенствовать способы их управления. Представлены пример имитационного моделирования тяговой асинхронной машины в цикле движения транспортного средства на стандартном перегоне и осциллограммы полученных результатов. По мере увеличения энергоёмкости и удельной мощности накопителей возможна оптимизация энергоустановки с уменьшением установленной мощности теплового двигателя.

Сведения об авторах

Михаил [Mikhail] Александрович [A.] Слепцов [Sleptsov]

Учёная степень: кандидат технических наук
Место работы кафедра Электротехнических комплексов автономных объектов и электрического транспорта НИУ «МЭИ»
Должность профессор

Валерий [Valeriy] Иванович [I.] Нагайцев [Nagaytsev]

Учёная степень: кандидат технических наук
Место работы кафедра Электротехнических комплексов автономных объектов и Электрического транспорта НИУ МЭИ
Должность доцент

Владимир [Vladimir] Георгиевич [G.] Комаров [Komarov]

Учёная степень: кандидат технических наук
Место работы кафедра Электротехнических комплексов автономных объектов и Электрического транспорта НИУ МЭИ
Должность доцент

Антон [Anton] Валерьевич [V.] Банакин [Banakin]

Место работы кафедра Электротехнических комплексов автономных объектов и Электрического транспорта НИУ МЭИ
Должность аспирант

Литература

1. Correa F.C. e.a. Study of different electric vehicle propulsion system configurations // Proc. IEEE Veh. Power Propuls. Conf. (VPPC). 2015. N 1. P. 1 — 6.
2. Boulanger A.G., Chu A.C., Maxx S., Waltz D.L. Vehicle electrification: status and issues // Proc. IEEE. 2011. V. 99. N 6. P. 1116 — 1138.
3. Chang L. Comparison of AC drives for electric vehicles — a report on experts’ opinion survey // Proc.IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag. 1994. V. 9. N 8. P. 7 — 11.
4. Ardila-Gomez A., Ortegon-Sanchez A. Sustainable urban transport financing from the sidewalk to the subway.Washington, DC: World Bank, 2016.
5. Paankar M.M., Wandhare R.G., Agarwal V. A high performance power supply for an electric vehicle with solar PV, battery and ultracapacitor support for extended range and enhanced dynamic response // Proc. IEEE 40th Photovolt. Spec. Conf. PVSC. 2014. P. 3568 — 3573.
6. Cheng G.U., Hao L.I.U., Xinbo C., Shaoming Q. Parameter design of the powertrain of fuel cell electricvehicle and the energy management strategy // Proc. IEEE.2015. P. 8027 — 8032.
7. Sefik I., Hiyama T. Performance evaluation of hybrid powertrain system simulation model for Toyota Prius car // Proc. Int. Aegean Conf. Electr. Mach. Power Electron. ACEMP 2011. Electromotion 2011. Jt. Conf. 2013. P. 404 — 407.
8. Nasiri H., Radan A., Ghayebloo A., Ahi K. Dynamic modeling and simulation of transmotor basedseries-parallel HEV applied to Toyota Prius 2004 // Proc. 10th Int. Conf. Environ. Electr. Eng. EEEIC.EU 2011. 2011.N 4. P. 4 — 7.
9. Hosking T. Comparative evaluation and analysis of the 2008 Toyota Lexus, Camry and 2004 Prius. DC Link Capacitor Assembly vs the SBE Power Ring DC Link Capacitor. 2009. P. 717 — 723.