یک نظر در مورد "شبیه سازی باتری لیتیوم یونی برای سیستم های مدیریت باتری: مروری بر آخرین وضعیت". مدل باتری هدف و اهداف اصلی مطالعه

وقتی صحبت از توسعه دستگاه های جدید با فناوری پیشرفته و مینیاتوری می شود، گلوگاه در این تجارت باتری ها هستند. در حال حاضر، این امر به ویژه در زمینه تولید و بهره برداری از وسایل نقلیه الکتریکی، در دستگاه های ذخیره انرژی پشتیبان برای شبکه های انرژی و البته در لوازم الکترونیکی مینیاتوری مصرف کننده احساس می شود. برای برآورده ساختن نیازهای امروزی، دستگاه های ذخیره انرژی، که به وضوح با پیشرفت سایر فناوری ها همگام نبوده اند، باید انرژی ذخیره شده بیشتری را با تعداد زیادی چرخه شارژ-تخلیه فراهم کنند، چگالی ذخیره انرژی بالایی داشته باشند و دینامیک بالایی داشته باشند. کارایی.

ساخت و تست باتری های جدید انواع مختلفیک فرآیند دشوار است که زمان زیادی را می طلبد، که آن را بسیار گران می کند. بنابراین، برای دانشمندان الکتروشیمیایی، توانایی انجام شبیه‌سازی‌های دقیق قبل از شروع آزمایش‌های عملی، یک موهبت واقعی خواهد بود. اما، تا همین اواخر، هیچ کس قادر به ایجاد یک مدل ریاضی نبوده است باتری، به دلیل پیچیدگی چنین مدلی و به دلیل محدودیت ها، به سطح اتم های جداگانه تفصیل داده شده است وجوه موجودمدل سازی ریاضی

اما اکنون به لطف کار دو محقق آلمانی، Wolf Dapp از موسسه شبیه سازی پیشرفته و Martin Muser از دانشگاه Saarlandes، این موضوع تغییر کرده است. این دانشمندان یک مدل ریاضی کامل از باتری ایجاد کردند و محاسبات آن را تا سطح اتم های منفرد انجام دادند. لازم به ذکر است که با توجه به نتایج شبیه سازی، ویژگی های «باتری ریاضی» تا حد زیادی با خواص باتری های واقعی که همه ما عادت داریم با آنها سروکار داشته باشیم، مطابقت دارد.

در سال های اخیر، متخصصان در این زمینه فناوری اطلاعاتمدل‌های باتری قبلاً بارها ساخته شده‌اند، اما همه این مدل‌ها در سطحی بسیار بزرگ‌تر از سطح اتم‌های منفرد کار می‌کردند و بر داده‌ها و پارامترهایی که به صورت تجربی به‌دست آمدند، مانند هدایت یونی و الکترونیکی، ضرایب انتشار، چگالی جریان تکیه می‌کردند. پتانسیل های الکتروشیمیایی و غیره

چنین مدل هایی یک اشکال جدی دارند - آنها در مورد مواد جدید و ترکیبات آنها بسیار نادرست کار می کنند یا اصلاً کار نمی کنند که خواص آنها کاملاً درک نشده یا اصلاً مطالعه نشده است. و برای محاسبه کامل رفتار یک باتری از مواد جدید به عنوان یک کل، الکتروشیمیدانان باید شبیه‌سازی‌هایی را در سطح مولکول‌ها، یون‌ها و اتم‌ها انجام دهند.

به منظور مدل سازی باتری به عنوان یک کل، مدل کامپیوتری باید هرگونه تغییر در انرژی، پتانسیل شیمیایی و الکتروشیمیایی را در هر مرحله محاسبه محاسبه کند. این دقیقاً همان چیزی است که دپ و موزرا توانستند متوجه شوند. در مدل آنها، انرژی الکتریکی یک متغیر است که مقدار آن توسط برهمکنش اتم ها، پیوندهای بین اتم ها و یون ها در هر مرحله از محاسبات تعیین می شود.

به طور طبیعی، محققان باید به واقعیت امتیاز می دادند. باتری ریاضی با پیچیدگی باتری که می توانید از تلفن همراه خود خارج کنید فاصله زیادی دارد. مدل ریاضی «نانو باتری» تنها از 358 اتم تشکیل شده است که 118 اتم آن در مواد الکترود، کاتد و آند است. طبق شرایط اولیه، کاتد با یک لایه 20 اتمی از ماده الکترولیت پوشیده شده است و تنها 39 یون با بار مثبت در خود الکترولیت وجود دارد.

اما، با وجود چنین سادگی ظاهری، این مدل ریاضی به قدرت محاسباتی قابل توجهی برای محاسبات خود نیاز دارد. به طور طبیعی، تمام مدل‌سازی‌ها در مقیاسی از واحدها، مراحل مجزا انجام می‌شوند و برای یک چرخه کامل محاسبات، حداقل 10 میلیون مرحله مورد نیاز است که هر یک از آنها یک سری محاسبات ریاضی بسیار پیچیده را انجام می‌دهند.

محققان گزارش می دهند که مدلی که ایجاد کرده اند تنها اثبات اصول کاری است که استفاده کرده اند و راه های مختلفی برای بهبود این مدل وجود دارد. در آینده، آنها قصد دارند با ارائه محلول الکترولیت به عنوان مجموعه ای از ذرات که دارای یک ثابت هستند، مدلی را که ایجاد کرده اند پیچیده کنند. شارژ الکتریکی. این، همراه با افزایش تعداد اتم‌ها در مدل، مستلزم آن است که محاسبه مدل ممکن است به قدرت ضعیف‌ترین ابررایانه نیاز داشته باشد، اما ارزش آن را دارد، زیرا چنین تحقیقاتی می‌تواند منجر به ایجاد منابع انرژی جدید شود. که حوزه الکترونیک قابل حمل را متحول خواهد کرد.

در سال‌های اخیر، باتری‌های موسوم به «هوشمند» یا به عبارتی باتری‌های هوشمند محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. باتری های این گروه مجهز به ریزپردازنده ای هستند که نه تنها قادر به تبادل اطلاعات با شارژر هستند، بلکه عملکرد باتری ها را تنظیم کرده و کاربر را از میزان عملکرد آنها مطلع می کند. باتری های مجهز به سیستم کنترل هوشمند تخصصی به طور گسترده در طیف گسترده ای از تجهیزات فنی الکتریکی از جمله حمل و نقل الکتریکی استفاده می شود. قابل ذکر است که گروه باتری‌های هوشمند عمدتاً توسط باتری‌های لیتیومی تشکیل می‌شوند که البته باتری‌های سرب اسیدی و نیکل کادمیومی مهر و موم شده یا هواکش نیز وجود دارد.

باتری های هوشمند حداقل 25 درصد گران تر از باتری های معمولی هستند. با این حال، باتری های هوشمند نه تنها از نظر قیمت، همانطور که اکثر مردم تصور می کنند، بلکه در ویژگی های دستگاه تنظیم متصل به آنها نیز متفاوت هستند. دومی شناسایی نوع باتری های قابل شارژ با شارژر را تضمین می کند، دما، ولتاژ، جریان و درجه شارژ باتری ها را کنترل می کند. بخش قابل توجهی از ماژول های باتری لیتیوم یون دارای سیستم نظارت و کنترل داخلی هستند ( BMS) که مسئولیت وضعیت باتری ها را بر عهده دارد و آنها را به گونه ای مدیریت می کند که عملکرد باتری ها را در شرایط مختلف به حداکثر برساند.

بگذارید با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم که باتری با BMS چیست. باتری های هوشمند، باتری هایی هستند که مجهز به ریزمدار مخصوصی هستند که در آن داده های دائمی و موقت برنامه ریزی می شوند. داده های دائمی در کارخانه برنامه ریزی می شوند و تغییر نمی کنند: داده های مربوط به سری تولید BMS، علامت گذاری آن، سازگاری با نوع باتری، ولتاژ، محدودیت های حداکثر و حداقل ولتاژ، محدودیت های دما. داده های موقت داده هایی هستند که باید به طور دوره ای به روز شوند. اینها در درجه اول شامل الزامات عملیاتی و داده های کاربر است. به عنوان یک قاعده، برای نظارت بر وضعیت باتری ها و کنترل پارامترهای آنها، می توان سیستم کنترل و تعادل را به رایانه یا کنترلر متصل کرد. برخی از مدل های BMS را می توان برای انواع مختلف باتری ها (سطح ولتاژ، مقادیر جریان، ظرفیت) پیکربندی کرد.

سیستم مدیریت باتری (BMS) یک سیستم الکترونیکی است که فرآیند شارژ / دشارژ باتری را کنترل می کند، مسئولیت ایمنی عملکرد آن را بر عهده دارد، وضعیت باتری را نظارت می کند و داده های عملکرد ثانویه را ارزیابی می کند.

BMS (سیستم مدیریت باتری)- این یک برد الکترونیکی است که به منظور کنترل فرآیند شارژ / دشارژ آن، نظارت بر وضعیت باتری و عناصر آن، کنترل دما، تعداد چرخه های شارژ / دشارژ و محافظت از اجزای باتری روی باتری قرار می گیرد. . سیستم کنترل و تعادل کنترل فردی ولتاژ و مقاومت هر عنصر باتری را فراهم می کند، جریان را بین اجزای باتری در طول فرآیند شارژ توزیع می کند، جریان تخلیه را کنترل می کند، از دست دادن ظرفیت به دلیل عدم تعادل را تعیین می کند و اتصال / قطع ایمن را تضمین می کند. بار

بر اساس داده های دریافتی، BMS تعادل شارژ سلول را انجام می دهد، باتری را از اتصال کوتاه، جریان بیش از حد، شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد (ولتاژ بالا و بیش از حد پایین هر سلول)، گرمای بیش از حد و هیپوترمی محافظت می کند. عملکرد BMS نه تنها باعث بهبود حالت عملکرد باتری ها، بلکه به حداکثر رساندن عمر مفید آنها می شود. هنگام تعیین وضعیت بحرانی باتری، سیستم مدیریت باتری بر این اساس واکنش نشان می دهد و ممنوعیت استفاده از باتری در سیستم الکتریکی را صادر می کند - آن را خاموش می کند. در برخی از مدل‌های BMS، امکان نگهداری یک رجیستر (داده‌های ضبط) در مورد عملکرد باتری و انتقال بعدی آنها به رایانه وجود دارد.

باتری‌های فسفات آهن لیتیوم (معروف به LiFePO4) که از نظر ایمنی، پایداری و عملکرد بسیار برتر از سایر باتری‌های فناوری لیتیوم یون هستند، به مدارهای کنترل BMS نیز مجهز هستند. واقعیت این است که باتری های لیتیوم-آهن-فسفات به شارژ بیش از حد و همچنین تخلیه زیر یک ولتاژ خاص حساس هستند. به منظور کاهش خطر آسیب به سلول های باتری فردی و خرابی باتری به طور کلی، تمام باتری های LiFePO4 مجهز به یک مدار متعادل کننده الکترونیکی ویژه - یک سیستم مدیریت باتری (BMS) هستند.

ولتاژ هر یک از سلول های ترکیب شده در یک باتری لیتیوم-آهن-فسفات باید در محدوده خاصی باشد و با یکدیگر برابر باشند. وضعیت به گونه‌ای است که ظرفیت برابر ایده‌آل تمام سلول‌هایی که یک باتری واحد را تشکیل می‌دهند، یک اتفاق نسبتاً نادر است. حتی یک تفاوت کوچک از چند کسری آمپر ساعت می تواند باعث ایجاد اختلاف در سطح ولتاژ در طول فرآیند شارژ / دشارژ در آینده شود. تفاوت در سطح شارژ / تخلیه سلول های یک باتری LiFePO4 بسیار خطرناک است، زیرا می تواند باتری را از بین ببرد.

هنگامی که سلول ها به صورت موازی متصل می شوند، ولتاژ هر یک از آنها تقریباً برابر خواهد بود: سلول های باردار بیشتر می توانند سلول های دارای بار کمتر را بکشند. هنگامی که به صورت سری متصل می شوند، توزیع یکنواخت شارژ بین سلول ها وجود ندارد، در نتیجه برخی از عناصر کم شارژ می مانند، در حالی که برخی دیگر شارژ می شوند. و حتی اگر ولتاژ کل در پایان فرآیند شارژ نزدیک به ایده آل باشد، به دلیل شارژ مجدد حتی کوچک برخی از سلول های باتری، فرآیندهای مخرب برگشت ناپذیری رخ می دهد. باتری در حین کار، ظرفیت لازم را نخواهد داد و به دلیل توزیع نامناسب شارژ، به سرعت غیرقابل استفاده می شود. سلول هایی با پایین ترین سطح شارژ تبدیل به نوعی "نقطه ضعیف" باتری می شوند: آنها به سرعت تسلیم تخلیه می شوند، در حالی که سلول های باتری با ظرفیت بالاتر فقط یک چرخه تخلیه جزئی را پشت سر می گذارند.

روش متعادل کردن اجازه می دهد تا از فرآیندهای مخرب منفی در باتری جلوگیری شود. سیستم کنترل و تعادل سلول BMS تضمین می کند که تمام سلول ها در پایان شارژ ولتاژ یکسانی دریافت می کنند. هنگامی که فرآیند شارژ به پایان نزدیک می شود، BMS با شنت سلول های باردار تعادل را انجام می دهد یا انرژی سلول هایی با ولتاژ بالاتر را به سلول هایی با ولتاژ کمتر منتقل می کند. برخلاف متعادل‌سازی فعال، با بالانس غیرفعال، سلول‌هایی که تقریباً به طور کامل شارژ را پر کرده‌اند، جریان کمتری دریافت می‌کنند یا از فرآیند شارژ حذف می‌شوند تا زمانی که تمام سلول‌های باتری سطح ولتاژ برابری داشته باشند. سیستم مدیریت باتری (BMS) با متعادل کردن، کنترل دما و سایر عملکردها، عمر باتری را به حداکثر می رساند.

معمولا فروشگاه ها باتری های پیش ساخته با BMS را به فروش می رسانند، با این حال، برخی فروشگاه ها و شرکت ها هنوز امکان خرید قطعات باتری را به طور جداگانه فراهم می کنند. از جمله آنها شرکت "الکترا" است. Elektra اولین شرکت در اوکراین است که تصمیم به تامین و ایجاد بازار سلول های باتری برای خود مونتاژ و طراحی باتری های لیتیوم-آهن-فسفات (LiFePO4) در کشورمان گرفت. مزیت اصلی خود مونتاژ باتری ها از سلول های جداگانه امکان تهیه کیت باتری پیش ساخته تا حد امکان به درخواست کاربر از نظر پارامترهای عملکرد و ظرفیت است. هنگام خرید قطعات برای مونتاژ باتری LiFePO4، مهم است که نه تنها به مطابقت سلول های باتری با یکدیگر توجه کنید، بلکه به پارامترهای BMS نیز توجه کنید: ولتاژ، جریان تخلیه، تعداد سلول هایی که برای آنها وجود دارد. طراحی شده. عملکرد باتری لیتیوم-آهن-فسفات فقط شامل استفاده از شارژر متناسب با نوع آن است. ولتاژ آن باید برابر با ولتاژ کل باتری باشد.

24 ولت 36 ولت 48 ولت 60 ولت

اهداف اصلی استفاده از BMS (سیستم مدیریت باتری) به عنوان تنظیم کننده باتری:

محافظت از سلول های باتری و کل باتری در برابر آسیب؛

افزایش عمر باتری؛

نگهداری باتری در حالتی که امکان انجام تمام وظایف محول شده تا حد امکان وجود داشته باشد.

توابع BMS (سیستم مدیریت باتری)

1. نظارت بر وضعیت سلول های باتری از نظر:

- ولتاژ:ولتاژ کل، ولتاژ سلول جداگانه، حداقل و حداکثر ولتاژ سلول.

- دما:دمای متوسط، دمای الکترولیت، دمای خروجی، دمای سلول‌های باتری جداگانه، برد BMS(برد الکترونیکی، به عنوان یک قاعده، مجهز به سنسورهای دمای داخلی است که دمای خود دستگاه کنترل را کنترل می کند، و همچنین دارای سنسورهای خارجی است که برای کنترل دمای سلول های باتری خاص استفاده می شود).

- شارژ و عمق تخلیه؛

- جریان های شارژ/تخلیه؛

- قابلیت سرویس دهی

سیستم کنترل و متعادل کننده سلول می تواند نشانگرهایی مانند تعداد سیکل های شارژ/دشارژ، حداکثر و حداقل ولتاژ سلول، حداکثر و حداقل مقدار جریان شارژ و دشارژ را در حافظه ذخیره کند. این داده ها است که به شما امکان می دهد وضعیت سلامت باتری را تعیین کنید.

شارژ نادرست یکی از شایع ترین دلایل خرابی باتری است، بنابراین کنترل شارژ یکی از وظایف اصلی میکروکنترلر BMS است.

2. محاسبات هوشمند.بر اساس نکات فوق، BMS ارزیابی می کند:

حداکثر جریان شارژ مجاز؛

حداکثر جریان تخلیه مجاز؛

مقدار انرژی تامین شده در اثر شارژ یا از دست رفتن در هنگام تخلیه؛

مقاومت داخلی سلول؛

کل زمان کارکرد باتری در حین کار (تعداد کل چرخه های عملکرد).

3. پیام رسان. BMS می تواند داده های فوق را از طریق ارتباط سیمی یا بی سیم در اختیار دستگاه های کنترل خارجی قرار دهد.

4. محافظ. BMS با جلوگیری از تجاوز از محدودیت های عملکرد ایمن از باتری محافظت می کند. BMS ایمنی اتصال / قطع بار، مدیریت بار انعطاف پذیر را تضمین می کند، باتری را از موارد زیر محافظت می کند:

جریان اضافه؛

اضافه ولتاژ (در طول شارژ)؛

افت ولتاژ به زیر سطح مجاز (در هنگام تخلیه)؛

گرمای بیش از حد؛

هیپوترمی؛

نشتی فعلی

BMS می تواند با تأثیر مستقیم روی باتری یا ارسال سیگنال مناسب در مورد عدم امکان استفاده بعدی از باتری به دستگاه کنترل (کنترل کننده) از فرآیند خطرناکی برای باتری جلوگیری کند. سیستم نظارت هوشمند (BMS) زمانی که حداقل یکی از پارامترهای عملیاتی خارج از محدوده باشد، باتری را از بار یا شارژر جدا می کند.

5. ایجاد تعادل.متعادل کردن روشی برای توزیع یکنواخت شارژ بین تمام سلول‌های باتری است که در نتیجه عمر باتری را به حداکثر می‌رساند.

BMS از شارژ بیش از حد، شارژ کم و تخلیه ناهموار در سلول های باتری منفرد جلوگیری می کند:

انجام "برهم زدن" انرژی از سلول های پر بار به سلول های کم بار (تعادل فعال).

با کاهش به میزان کافی جریان جریان به یک سلول تقریباً کاملاً شارژ شده، در همان زمان که سلول‌های باتری کم‌تر به دریافت جریان شارژ عادی ادامه می‌دهند (اصل شنت)،

ارائه فرآیند شارژ مدولار؛

با تنظیم جریان های خروجی سلول های باتری متصل به دستگاه الکتریکی.

به منظور محافظت برد BMS از اثرات منفی رطوبت و گرد و غبار، روی آن با درزگیر اپوکسی مخصوص پوشانده می شود.

باتری ها همیشه فقط یک سیستم کنترل و تعادل ندارند. گاهی اوقات، به جای یک برد BMS که از طریق سیم های خروجی به باتری و کنترلر متصل می شود، چندین برد الکترونیکی تنظیم کننده متصل به هم به طور همزمان استفاده می شود که هر کدام تعداد مشخصی سلول را کنترل می کنند و داده های خروجی را به یک کنترل کننده می رسانند.

از نقطه نظر عملی، BMS می تواند بسیار بیشتر از مدیریت باتری انجام دهد. گاهی اوقات این سیستم الکترونیکی می تواند در کنترل پارامترهای حالت عملکرد خودروی الکتریکی شرکت کرده و اقدامات مناسبی را برای کنترل توان الکتریکی آن انجام دهد. اگر باتری در سیستم بازیابی انرژی ترمز خودروی الکتریکی دخیل باشد، BMS می‌تواند فرآیند شارژ باتری را در هنگام کاهش سرعت و فرود نیز تنظیم کند.

روش آئروبالستیکی علوم نظامی برای افزایش کارایی بالستیک بمب های هدایت شونده هوانوردی. کلمات کلیدی: فاصله پرواز، بمب هدایت شونده هوانوردی، ایرفویل اضافی. فومیچوا اولگا آناتولیوانا، نامزد [ایمیل محافظت شده], روسیه, تولا, دانشگاه علوم فنی دولتی تولا, دکتری, UDC 621.354.341 مدل ریاضی عملکرد سیستم گرمایش باتری با استفاده از عنصر گرمایش شیمیایی Е.I. Lagutina این مقاله یک مدل ریاضی از فرآیند نگهداری باتری در حالت حرارتی بهینه در دمای پایین محیط با استفاده از یک عنصر گرمایش شیمیایی ارائه می‌کند. کلیدواژه: کنترل دما، انتقال حرارت همرفتی، باتری ذخیره سازی، المنت حرارتی شیمیایی، مدل ریاضی. در این مرحله از توسعه تسلیحات و تجهیزات نظامی، تصور انجام موفقیت آمیز خصومت ها با حداقل تلفات شخصی بدون مشکل است. سیستم یکپارچه کنترل نیروها با در نظر گرفتن پویایی روزافزون عملیات رزمی، اساس سیستم فرماندهی و کنترل نیروها در سطح تاکتیکی فرماندهی و کنترل، تجهیزات رادیویی است. این نقش تجهیزات رادیویی در سیستم کنترل، به نوبه خود باعث می شود که توجه ویژه ای به باتری های تجهیزات رادیویی - باتری، به عنوان پایه ای برای عملکرد بی وقفه آنها داشته باشیم. با در نظر گرفتن ویژگی های اقلیمی کشورمان (وجود درصد زیادی از مناطق با آب و هوای غالباً سرد، امکان موفقیت آمیز بودن عملیات رزمی در برخی مناطق عملیاتی خاور دور تنها در ماه های زمستان)، حفظ حالت حرارتی بهینه. کارکرد باتری در دمای پایین محیط یکی از مهمترین وظایف است. این شرایط عملیاتی صرفه جویی در منابع باتری ها است که تا حد زیادی عملکرد پایدار سیستم ارتباطی و در نتیجه تکمیل موفقیت آمیز ماموریت های جنگی را تعیین می کند. 105 اخبار TulGU. علوم فنی. 2016. شماره. 4 در حال حاضر، تعداد زیادی دستگاه کنترل دما توسعه یافته است. اما معایب رایج برای آنها عمدتاً مصرف انرژی نسبتاً بالا (و انرژی آنها توسط خود باتری تأمین می شود) و نیاز به مشارکت انسان در کنترل فرآیند کنترل دما است. با در نظر گرفتن معایب فوق، در دستگاه ترموستات توسعه یافته، در ترکیب با یک مورد عایق حرارت، به عنوان ابزار اصلی برای حفظ حالت حرارتی بهینه عملکرد باتری، پیشنهاد می شود از عنصر گرمایش شیمیایی مبتنی بر فوق اشباع استفاده شود. تری هیدرات استات سدیم NaCH3COO 3H2O با دمای انتقال فاز تعادل Tf = 331 K و گرمای نهان انتقال فاز rt = 260 کیلوژول بر کیلوگرم، که در شرایط فوق خنک کننده با معرفی مواد افزودنی کوچک پایدار است و طبق داده ها می توان آن را فوق خنک کرد. به T = 263 K. جستجوی ثبت اختراع تعداد بسیار کمی از اختراعات را نشان داد که تجمع کننده های حرارتی انتقال فاز را توصیف می کنند) که از مایعات فوق خنک به عنوان مواد ذخیره حرارت (HAM) استفاده می کنند. این نشان دهنده عدم وجود عملی راه حل های فنی اثبات شده در این زمینه است که امکان اجرای فرآیند کنترل شده بازگشت گرمای انباشته شده قبلی را فراهم می کند. همچنین با توجه به اینکه گرمای ویژه انتقال فاز TAM انتخابی بسیار زیاد است و در عین حال قادر به سرد شدن فوق العاده تا دماهای بسیار پایین است، انجام یک مطالعه محاسباتی مستقل از این ماده به منظور شناسایی آن ضروری است. کاربرد عملی مبنای ساخت یک مدل ریاضی TAFP مسئله استفان است که مسئله توزیع دما در بدن در حضور یک انتقال فاز و همچنین مکان فازها و سرعت حرکت رابط آنها است. برای سادگی، ما یک مسئله صفحه را در نظر خواهیم گرفت (زمانی که سطح انتقال فاز یک صفحه باشد). از دیدگاه کلاسیک، این یک مسئله فیزیک ریاضی است و به حل معادلات زیر کاهش می یابد: 2 dT1 2 d T1 = a1. برای 0< x < ξ, 2 dτ dx 2 dT2 2 d T2 = a2 . для ξ < x < ∞, dτ dx 2 с дополнительными условиями T1 = C1 = const < Tф при x = 0, T2 = C = const > Tf و شرایط انتقال فاز 106 در τ = 0، (1) (2) (3) (4) Izvestiya TulGU. علوم فنی. 2016. شماره. 4 2. در فرآیندهای انتقال فاز TAM برگشت پذیر، ذوب و تبلور در τ=0، مرزهای فاز تشکیل می شوند، میدان دمای TAM در فاز رشد خطی است و دمای فاز ناپدید شدن برابر با دمای انتقال فاز است. 3. هدایت حرارتی TAM در جهت طولی وجود ندارد. 4. فرآیند تبدیل فاز TAM یک بعدی فرض می شود. در این حالت، مرزهای فاز بدون تغییر شکل هستند و در هر لحظه از زمان، سطوح استوانه‌ای هستند که به صورت متحدالمرکز نسبت به دیواره‌های محفظه عنصر گرمایش شیمیایی قرار دارند. 5. تلفات حرارتی به محیط از TAFP در فرآیند تخلیه آن و برای گرم کردن قطعات ایستگاه رادیویی مجاور کیس باتری در نظر گرفته نمی شود. 6. ضرایب انتقال (انتقال حرارت، انتقال حرارت، هدایت حرارتی) و ظرفیت های حرارتی ویژه ثابت هستند و به دما بستگی ندارند. فرآیند تبادل حرارت همرفتی بین HAM و دیواره‌های بدنه عنصر گرمایش شیمیایی با معادله W توصیف می‌شود. ak ضریب انتقال حرارت از HAM به بدنه عنصر گرمایش شیمیایی، W/(m2 K) است. Fc - منطقه تماس HAM با دیواره داخلی بدنه عنصر گرمایش شیمیایی، m2. Ttam(τ) دمای ماده ذخیره‌سازی گرما، K است. Тк(τ) دمای دیواره محفظه عنصر گرمایش شیمیایی، K است. در τ> 0، معادلات زیر معتبر هستند: τ) q بار (τ) = ρ tv ⋅ r ⋅ ⋅ Fk، (13) ) t r d (τ) z(τ) ضخامت لایه HAM متبلور در زمان τ, m است. 3 ρ sv t چگالی TAM در فاز جامد، کیلوگرم بر متر است. فرض پذیرفته شده در مورد توصیف وضعیت حرارتی بدن یک عنصر گرمایش شیمیایی بر حسب دمای متوسط ​​آن باعث می شود که میدان های سرعت محلی و ضرایب انتقال حرارت در نقاط مختلف محاسبه نشود. سپس، برای τ> 0، معادله زیر معتبر است: q بار (τ) = a t ⋅ Ft (Ttam (τ) - Tc (τ)) , (14) , W/(m2 K); Ft – مساحت سطح تبادل حرارت، متر مربع؛ با در نظر گرفتن اینکه گرمای وارد شده به کیس عنصر گرمایش شیمیایی باعث افزایش انرژی داخلی آن و اتلاف گرما به محفظه باتری می شود، در τ> 0 معادله زیر صورت می گیرد: dT (τ) q ضربدر (τ) = Sk ⋅ k + av ⋅ Fv ( Tv (τ) - T0) , (15) dτ که در آن Sk کل ظرفیت گرمایی بدنه عنصر گرمایش شیمیایی در تماس با بدنه باتری، J/K است. ab ضریب انتقال حرارت از دیواره های عنصر گرمایش شیمیایی به سطح باتری، W/(m2 K) است. Fv سطح محفظه عنصر گرمایش شیمیایی در تماس با محفظه باتری، m2 است. T0 دمای اولیه باتری، K است. آخرین معادله ای که روند عملکرد سیستم TAFP را توصیف می کند - مورد باتری در τ> 0، معادله تعادل است: q بار (τ) = av ⋅ Sk ⋅ (Tk (τ) - Tv (τ)). (16) سیستم معادلات (11 - 16) یک مدل ریاضی از عملکرد سیستم برای گرم کردن کیس باتری در هنگام تخلیه TAFP است. توابع مجهول موجود در آن عبارتند از qraz(τ)، z(τ)، Тκ(τ)، TV(τ)، Тmam(τ). از آنجایی که تعداد توابع مجهول برابر با تعداد معادلات است، این سیستم بسته است. برای حل آن در مورد مورد بررسی، شرایط اولیه و مرزی لازم را فرمول بندی می کنیم: q ضربدر (0) = 0   0 ≤ z (τ) ≤ δ ; z (0) = 0  t (17)  Tk (0) ≈ Tf   TB (0) = Tv (0) = Tr (0) = T0 که δ t ضخامت قاب باتری، m است. TB - دمای باتری در زمان τ, K. با تبدیل‌های جبری معادلات (11-17) سیستمی متشکل از دو معادله دیفرانسیل به دست می‌آوریم: E - D ⋅ Tκ (τ) dz (τ) (18) = , dτ N ⋅ ( W + B ⋅ z (τ)) dTc (τ) E - D ⋅ Tc (τ) = - I ⋅ Tc (τ) + M، (19) dτ Z + Y ⋅ z (τ) که در آن B، W، D، E، I، M، N، Z، Y برخی از ثابت های محاسبه شده با فرمول های (20-28): B = av ⋅ a t ⋅ Fv ⋅ Fc، (20) 109 Izvestiya TulGU. علوم فنی. 2016. شماره. 4 W = (a t ⋅ Fk + av ⋅ Fv) ⋅ λtv t ⋅ Fk، D = B ⋅ λtv t ⋅ Fk، E = D ⋅ Tf، a ⋅F I= B B، SB M = I ⋅ T0، (21) ( 22) (23) (24) (25) (26) N = ρ tv t ⋅ rr ⋅ Fk، Z = W ⋅ SB، (27) Y = B ⋅ SB. (28) 2 که در آن aB میزان انتشار حرارتی باتری است، m/s، FB سطح باتری در تماس با عنصر گرمایش شیمیایی، m2 است. SB ظرفیت گرمایی باتری، J/K است. با تجزیه و تحلیل سیستم معادلات دیفرانسیل می توان نتیجه گرفت که آنها غیرخطی هستند. برای حل این سیستم با شرایط اولیه و مرزی، استفاده از روش های عددی، به عنوان مثال، روش Runge-Kutta مرتبه چهارم که با استفاده از برنامه کامپیوتری Mathcad برای ویندوز پیاده سازی شده است، توصیه می شود. منابع 1. بررسی امکان استفاده از مایعات فوق خنک به عنوان مواد ذخیره حرارت در باتری های حرارتی انتقالی فاز نصب شده بر روی وسایل نقلیه سیار برای گرم کردن پیش از راه اندازی موتورهای آنها در زمستان: گزارش تحقیق (نهایی) / Voen. eng.-tech. un-t; دست ها V.V. شولگین؛ پاسخ مجری: A.G. ملنتیف. SPb., 2000. 26 p. شماره 40049-L. Inv. شماره 561756-اف. 2. Bulychev V.V.، Chelnokov B.C.، Slastilova S.V. انباشته کننده های حرارتی با انتقال فاز بر اساس آلیاژهای Al-Si // ایزوستیا موسسات آموزش عالی. متالورژی آهنی. شماره 7. 1996. س. 64-67. 3. بررسی امکان استفاده از مایعات فوق خنک به عنوان مواد ذخیره حرارت در باتری های حرارتی انتقالی فاز نصب شده بر روی خودروهای سیار برای گرم کردن پیش از راه اندازی موتورهای آنها در زمستان: گزارش تحقیق (مرحله میانی شماره 3) / Voen. eng.-tech. un-t; دست ها V.V. شولگین؛ پاسخ مجری: A.G. ملنتیف. SPb., 2000. 28 p. شماره 40049-L. Inv. شماره 561554-اف. 4. S. V. Patankar and D. B. Spalding, Heat and Mass Transfer in Boundary Layers, Ed. آکادمی آکادمی علوم BSSR A.V. لیکوف م.: انرژی، 1971. 127 ص. 5. Mathcad 6.0 Plus. محاسبات مالی، مهندسی و علمی در محیط ویندوز 95/ ترجمه از انگلیسی. م.: انتشارات و اطلاع رسانی فیلین، 1375. 712 ص. 110 علوم ویژه نظامی Lagutina Elizaveta Igorevna، معاون بخش رادیو، رله رادیویی، تروپوسفر، ماهواره و ارتباطات سیمی، [ایمیل محافظت شده], روسیه, Ryazan, Ryazan مدرسه فرماندهی عالی هوابرد مدل ریاضی عملکرد سیستم گرم کردن باتری با استفاده از عنصر گرمایش شیمیایی E.I. لاگوتینا در مقاله، مدل ریاضی فرآیند نگهداری باتری در شرایط حرارتی بهینه در دمای پایین محیط با استفاده از عنصر گرمایش شیمیایی. کلیدواژه: کنترل دما، انتقال حرارت همرفتی، باتری، عنصر حرارتی شیمیایی، مدل ریاضی. لاگوتینا الیزاوتا ایگورونا، معاون بخش رادیو، رله رادیویی، تروپوسفر، ماهواره و ارتباطات سیمی، [ایمیل محافظت شده]، روسیه، ریازان، مدرسه عالی فرماندهی هوابرد ریازان نیکانوروف در این مقاله، یک تحلیل مقایسه ای با تعیین مساحت کاربرد مناسب مدل های ریاضی فرآیندهای دینامیکی گاز در حجم جریان، به دست آمده بر اساس قوانین بقای جرم، انرژی و تکانه به دست آمده انجام شد. برای میانگین پارامترهای انتگرال محیط. کلیدواژه: چرخ دنده فرمان هوا دینامیک، قانون حفاظت، مدل ریاضی، سیستم قدرت، حجم جریان. این مقاله رویکردی را برای ساخت مدل‌هایی از فرآیندهای دینامیکی گاز بر اساس قوانین پایستگی پایه برای توابع و پارامترهای ترمودینامیکی در نظر می‌گیرد که انتگرال متوسط ​​در حجم و سطح هستند. یک مدل ریاضی برای فرآیندهای دینامیکی گاز در حجم جریان به دست آمده است. این مقاله مدل‌های سطح بعدی ایده‌آل‌سازی را در نظر می‌گیرد: 1. مدلی از فرآیندهای شبه استاتیکی در حجم جریان برای توابع و پارامترهای ترمودینامیکی انتگرال متوسط. اجازه دهید فرآیندی را که در حجم w0 اتفاق می‌افتد (شکل 1) در نظر بگیریم، در حالی که آن را شبه استاتیک فرض می‌کنیم، یعنی فرض می‌کنیم که سرعت حرکت گاز در حجم، و همچنین سرعت فرآیند مکانیکی تغییر شکل سطح کنترل، در مقایسه با سرعت انتقال محیط از طریق سطح کنترل حجم، ناچیز است. 111

ایوانسیان الکسی ویلیاموویچ

شبیه سازی حالت های عملکرد غیر ایستا یک باتری خودروی الکتریکی

تخصص 05.09.03 - مجتمع ها و سیستم های برق

پایان نامه برای مدرک

کاندیدای علوم فنی

مسکو - 2009

این کار در گروه "مهندسی برق و تجهیزات الکتریکی" در موسسه اتومبیل و جاده مسکو (دانشگاه فنی دولتی) انجام شد.

سازمان پیشرو: مؤسسه تحقیقاتی و تجربی شرکت واحد دولتی فدرال الکترونیک و تجهیزات الکتریکی خودرو (FSUE NIIAE)، مسکو.

دفاع در 24 نوامبر 2009 در ساعت 10 صبح در جلسه شورای پایان نامه D.212.126.05 در موسسه اتومبیل و جاده مسکو (دانشگاه فنی دولتی) در نشانی زیر انجام می شود:

125329 GSP A-47، مسکو، لنینگرادسکی، 64.

پایان نامه را می توانید در کتابخانه MADI (GTU) پیدا کنید.

دبیر علمی

شورای پایان نامه،

کاندیدای علوم فنی، دانشیار Mikhailova N.V.

شرح کلی کار

مرتبط بودن مشکل

در حال حاضر بزرگترین خودروسازان (جنرال موتورز، فورد، دایملر-کرایسلر، تویوتا، هوندا، نیسان، مزدا و ...) به شدت بر روی طراحی و تولید خودروهای برقی کار می کنند. با توجه به ویژگی هایی مانند ذخیره نیرو و ظرفیت حمل، برخی از مدل های مدرنخودروهای الکتریکی به خودروهای سنتی نزدیک می شوند، اما نقطه ضعف اصلی آنها هزینه بالا است.

ویژگی های یک وسیله نقلیه الکتریکی و هزینه آن تا حد زیادی توسط پارامترهای نیروگاه مورد استفاده و به ویژه باتری ذخیره سازی (AB) تعیین می شود. برای بهینه‌سازی پارامترهای یک نیروگاه، محاسبه ویژگی‌های یک خودروی الکتریکی و تعیین کارایی آن در مقایسه با یک خودروی سنتی، ابزار اصلی مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی است.

سخت ترین کار در ساخت مدل یک خودروی الکتریکی، شبیه سازی عملکرد یک AB در هنگام تخلیه و شارژ غیر ثابت آن در یک وسیله نقلیه الکتریکی است. محاسبه و تجزیه و تحلیل پارامترهای باتری نیز در سیستم مدیریت باتری یک خودروی الکتریکی مورد نیاز است که شرایط عملیاتی بهینه را فراهم می کند، عمر مفید را افزایش می دهد، از شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد جلوگیری می کند، ایمنی عملیاتی را تضمین می کند و راننده را از وضعیت شارژ مطلع می کند. سایر پارامترهای باتری

این پایان نامه به توسعه مدل های حرکت یک وسیله نقلیه الکتریکی و مطالعه حالت های غیر ثابت عملکرد باتری یک وسیله نقلیه الکتریکی اختصاص دارد که به نظر می رسد در زمان حاضر بسیار مرتبط باشد.

هدف و اهداف اصلی مطالعه

مطابق با هدف تعیین شده در پایان نامه، وظایف زیر حل می شود:

• 
  تجزیه و تحلیل و سیستم سازی روش ها و مدل ها برای محاسبه ویژگی های باتری؛
• 
  رسمی کردن روش پردازش و تجزیه و تحلیل داده های آماری و آزمایش های شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل ویژگی های تخلیه.
• 
  توسعه یک مدل شبیه سازی حرکت غیر ثابت یک وسیله نقلیه الکتریکی.
• 
  توسعه یک روش برای ادغام اجزای EM ناهمگن؛
• 
  
• 
  تنظیم و حل مسائل بهینه سازی بر روی یک مدل شبیه سازی

روش های پژوهش

تازگی علمی

• 
  نمایش فرآیند جمع‌آوری شده از مدل شبیه‌سازی حرکت غیر ثابت EM.
• 
  مدل‌های فرآیندهای تصادفی غیر ثابت دینامیک حرکت EM و شارژ/دشارژ AB.
• 
  مدل های طبقه بندی انواع AB و مشکل انتخاب انواع برای ویژگی های داده شده حرکت EM.
• 
  پیاده سازی نرم افزارمدل شبیه سازی EM;
• 
  الگوریتم های بهینه سازی در مدل شبیه سازی EM

ارزش عملی و اجرای نتایج کار

تایید کار

• 
  در کنفرانس های علمی و فنی جمهوری و بین منطقه ای، سمپوزیوم ها و سمینارها (2003-2009)؛
• 
  در جلسه ای از بخش "مهندسی برق و تجهیزات برق" MADI (GTU).

در مقدمه ارتباط کار اثبات می شود، هدف تعیین می شود و وظایف اصلی مطالعه تعیین می شود.

در فصل اول پایان نامه طبقه بندی مدرن AB، ویژگی های اصلی آنها را تعریف کرد. سیستم‌سازی روش‌های شناخته‌شده برای محاسبه ویژگی‌های AB انجام شده است و امکان کاربرد آن‌ها در مدل‌سازی بارگذاری غیر ساکن ارزیابی شده است.

ویژگی های EM عمدتاً توسط شاخص های منابع انرژی الکتریکی موجود در هواپیما تعیین می شود. باتری های سرب اسید (PbAcid)، نیکل-کادمیم (Ni-Cd)، هیدرید نیکل-فلز (Ni-MH) و باتری های مبتنی بر لیتیوم (Li-Ion، Li-Metal، Li-Polymer)

با تجزیه و تحلیل ویژگی های انواع مختلف باتری ها که توسط سازندگان اعلام شده است، می توان دو گروه را متمایز کرد: باتری های پرانرژی (کشش) مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی "تمیز" و باتری های پرقدرت (پالسی).

انرژی ویژه باتری های گروه اول برای باتری های سرب اسیدی به 35 وات ساعت بر کیلوگرم می رسد. نیکل کادمیوم - 45 وات ساعت / کیلوگرم. این باتری ها به دلیل هزینه کم خود قابل توجه هستند، اما استفاده از آنها به طور قابل توجهی عملکرد را کاهش می دهد و دامنه EM را محدود می کند.

باتری های نیکل هیدرید فلز امیدوار کننده هستند E متر=80 W∙h/kg، پ متر= 200 وات بر کیلوگرم، باتری های لیتیوم یون E متر= 140 وات ساعت بر کیلوگرم، پ متر=420 وات بر کیلوگرم و نسخه الکترولیت پلیمری آنها (Li-Polymer) E متر=205 W∙h/kg، پ متر=420 وات بر کیلوگرم مقادیر انرژی ویژه برای حالت تخلیه 3 ساعته داده می شود و مقادیر توان مربوط به یک پالس 30 ثانیه با 80 درصد شارژ است.

ویژگی های خاص داده شده باتری ها برای مقایسه کارایی استفاده از آنها در EM کافی نیست، بنابراین هدف اصلی پایان نامه مدل سازی بارگذاری غیر ثابت AB بر روی EM است که برای آن یک مدل "جعبه سیاه" با استفاده از کلاسیک پیشنهاد شده است. روش های برنامه ریزی آزمایش

با توجه به پارامترهای مورد مطالعه (ورودی و خروجی)، گروه های زیر را می توان متمایز کرد:

• 
  روش‌هایی برای توصیف خانواده منحنی‌های تخلیه - وابستگی U=f( من, تی) در یک مقدار دمای ثابت معین ( تی= const)؛
• 
  محاسبه حداکثر زمان تخلیه (ظرفیت باتری) بسته به جریان تخلیه.
• 
  روش های محاسبه ساده تخلیه AB غیر ثابت، به عنوان مثال. تخلیه با جریان دشارژ متغیر با زمان یا مصرف برق [ تی متر=f( من), من=var یا تی متر=f(P) پ=var];
• 
  تعیین لحظه پایانی تخلیه AB در یک جریان معین، که نه تنها در شبیه سازی EM، بلکه در سیستم کنترل AB به طور مستقیم روی EM استفاده می شود.
• 
  روش های پیچیده ای که وابستگی ها را تعیین می کنند U=f( من, تی, تی) و تی متر=f( من).

معروف ترین روش توصیف تحلیلی ویژگی های تخلیه AB است که توسط شپرد ارائه شده است. این روش به شما امکان می دهد وابستگی را توصیف کنید U= f( من,تی) مانند:

عیب اصلی روش این است که ضرایب برای محدوده مشخصی از جریان های تخلیه انتخاب می شوند و زمانی که از این محدوده فراتر رفت، خطای تقریب به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

یکی از ساده‌ترین و دقیق‌ترین روش‌ها برای ارزیابی ویژگی‌های یک AB هنگامی که با جریان متغیر زمان بارگذاری می‌شود، روش Hoxsey است. این روش بر اساس رابطه Peukert است که وابستگی حداکثر ظرفیت باتری (زمان تخلیه) را به جریان تخلیه تعیین می کند.

جایی که من 1 ، من 2 …من zمقادیر جریان ها در بخش های نمودار تخلیه هستند من=f( تی); تی 1 ، تی 2 ... ت z- زمان تخلیه با جریان های مربوطه من 1 ، من 2 …من z .

در این مدل، نمودار فعلی من=f( تی) یک تابع ثابت تکه ای را نشان می دهد که به بخش های z تقسیم شده است. ضرایب پیکرت برای محدوده عملیاتی جریان ها تعیین می شود. برای حل معادله هاکسی، از الگوریتم جستجو برای تعیین استفاده می شود تی مترمشروط بر اینکه سمت راست معادله برابر با واحد باشد.

اعمال کردن این روشبرای محاسبه یک وسیله نقلیه الکتریکی، تنظیم به عنوان نمودار اولیه من=f( تی) تغییر در جریان باتری در یک چرخه رانندگی، می توانید حداکثر تعداد چرخه هایی را که یک ماشین الکتریکی انجام می دهد قبل از تخلیه کامل باتری محاسبه کنید. ن ج =t متر /t ج، جایی که تی جمدت یک سیکل است.

در کار، بر اساس یک آزمایش شبیه‌سازی، ارزیابی دقت چندین روش برای محاسبه ساده بارگذاری غیر ثابت AB در طول حرکت EM در چرخه SAE j 227C انجام شد (جدول 1.) . EM با AB OPTIMA YellowTop D 1000 S در نظر گرفته شد (10 AB متصل به سری با مجموع جرم 195 کیلوگرم بر روی EM نصب شد).

نتایج محاسبه حرکت یک وسیله نقلیه الکتریکی

بر اساس تحقیقات انجام شده در پایان نامه برای مدلسازی بارهای غیر ایستا AB در حالت ها و شرایط مختلف حرکت EM، پیشنهاد می شود از مدل های تحلیلی و شبیه سازی ترکیبی بر اساس رویکرد تجزیه استفاده شود که مبتنی بر بدیهیات زیر است. تئوری سیستم های پیچیده: سلسله مراتب: اگر  0 زیر سیستمی از سیستم  و (…) معیار پیچیدگی باشد، آنگاه ( 0)()، یعنی. یک زیرسیستم نمی تواند پیچیده تر از کل سیستم باشد. اتصال موازی: اگر = 1  2 ….. k , یعنی.  است اتصال موازیپس سیستم های فرعی 
. اتصال سریال: اگر = 1 + 2 +…+ k , یعنی.  یک اتصال سریالی از زیر سیستم های  i است، سپس () ( 1)+( 2)+... ( k). اتصال بازخورد (FC): اگر عملیات بازخورد  از زیر سیستم  2 به زیر سیستم  1 وجود داشته باشد، سپس ()( 1)+( 2)+( 2  1). ویژگی های فهرست شده یک سیستم پیچیده امکان کاهش پیچیدگی ظاهری آن را با ترکیب متغیرهای فردی در زیرسیستم ها فراهم می کند. با چنین تجزیه ای، هدف ساده کردن تجزیه و تحلیل سیستم است، و آن را به عنوان مجموعه ای از زیرسیستم های متقابل به هم پیوسته در نظر می گیریم.

در فصل دوم وظیفه رسمی کردن اصول ساخت یک مدل شبیه سازی EM مطرح و حل شده است. عملکرد به عنوان فرآیند تغییر وضعیت آن در زمان درک می شود. مدلسازی فرآیند به طور کلی باید شامل مدلی از جاده، مدل‌های تعامل چرخ با جاده، مدل‌های خود ماشین، گیربکس و موارد دیگر باشد که همگی به هم متصل شده و یکی در دیگری تودرتو هستند (شکل . 2.).

فرض بر این است که سیستممجموعه ای از پارامترها است
(رطوبت، زاویه چرخش و غیره). هر پارامتر qمن مجموعه ای از مقادیر عددی را می گیرد ( qمن). با تعریف کنید وضعیتفرآیند به عنوان یک کل، به عنوان s j =، جایی که qمن j ( qمن). روند زچهار تا هست: ز=اس, تی, اف,  >, جایی که اس- فضای حالت؛ تی- مجموعه ای از زمان های تغییر حالت؛ اف- مشخصه فاز فرآیند که به عنوان تغییر حالت در زمان تعریف می شود F:T اس،  - رابطه نظم خطی در تی.

فاصله زمانی برای مدلسازی حرکت EM برابر است با [ تی H تی K ]، که در آن
,
. با فرض اینکه EM در مناطق خاصی به طور یکنواخت رفتار می کند، می توان کل فرآیند را به زیر فرآیندها تجزیه کرد. فرآیند فرعیزیر مجموعه ای از فرآیند وجود دارد زدر بازه زمانی [ تیمن ؛ تی j]. مفهوم یک فرآیند فرعی به ما این امکان را می دهد که یک فرآیند را به عنوان دنباله ای از فرآیندهای فرعی در نظر بگیریم. برای اطمینان از صحت توصیفات عملکرد سیستم به عنوان یک کل و اجزای آن، تعدادی عملیات روی فرآیندها معرفی شده است.

روند ز 1 \u003d S 1، تی 1 , اف 1,  1 > نشان دهنده پیچیدگی فرآیند است ز، اگر در نتیجه تبدیل های زیر به دست آید: الف) یک پارتیشن کامل از بازه تعریف فرآیند زبه n زیر بازه [ j ,  j+1 ] که j=1..n و  1 = تی اچ، n+1 = تی به . سپس یک پارتیشن از فرآیند دریافت می کنیم زبرای n زیر فرآیند ز j(j=1..n)؛ ب) مطابق با هر فرآیند فرعی قرار داده شود ز j یک مقدار حالت از بسیاری اس 1 و یک مقدار زمانی  j از بازه [ j ,  j+1 ]. عملیات جاروبرقی معکوس عملیات پیچیدگی است: فرآیند زیک جارو فرآیند است ز 1 . روند ز 1 یک پیش بینی فرآیند است زبه فضای مختصات
(نشانه گذاری
)، اگر س 1 س

اجازه دهید فرآیندها داده شود ز 1 =, تی 1 , اف 1،  1 > و ز 2 =, تی 2 , اف 2،  2 >. روند ز=, تی, اف، > اتحاد فرآیندها است ز 1 و ز 2 (تعیین ز=ز 1 ز 2) اگر: اس Q اتحاد فضاها و
.

عملیات معرفی شده امکان ایجاد یک توصیف رسمی از هر دو مؤلفه فردی فرآیندها (نمایه جاده، تغییر پویا در مشخصات ترافیک و غیره) و تعامل اجزای کل سیستم را فراهم می کند.

مدل حرکت EM شامل اجزای زیر است.

مدل مکانیکی

نیروی مقاومت در برابر حرکت یک لحظه مقاومت روی چرخ EM ایجاد می کند که با در نظر گرفتن نسبت دنده های گیربکس، با در نظر گرفتن کارایی گیربکس به شفت موتور آورده می شود.

بنابراین، لحظه مقاومت در برابر حرکت روی شفت موتور
جایی که r k - شعاع نورد چرخ، m; من tr - نسبت انتقال؛ tr - راندمان انتقال.

علاوه بر این، مدل قطعه مکانیکی باید حرکت EM در قسمتی از جاده با شیب (صعود یا فرود) و مقاومت در برابر حرکت ناشی از ناهمواری جاده را در نظر بگیرد. هنگام مدل‌سازی حرکت خودروهای الکتریکی در هنگام فرود، بازیابی انرژی ترمز باید در نظر گرفته شود.

مدل موتور

لحظه روی شفت موتور بر اساس موارد زیر تعیین می شود:

(5)

در مدل شبیه سازی موتور الکتریکی، مجموع تلفات توان در هر مرحله بر اساس پارامترهای طراحی موتور DC و مشخصه دور آرام به دست آمده در طول آزمایش محاسبه می شود. E = f(منج) در فرکانس ثابت چرخش شفت موتور.

علیرغم تمایل به استفاده از موتورهای ناهمزمان یا موتورهای آهنربای دائم بدون تماس در EMها به عنوان موتورهای کششی، در نظر گرفتن DCF راحت‌ترین و کاملاً کافی در حل مشکلات شبیه‌سازی EM برای به دست آوردن تصویری از بارگذاری AB است.

مدل سیستم کنترل

تنظیم ولتاژ موتور U Dمی توان با استفاده از دستگاه کنترل تریستور با روش تنظیم عرض پالس انجام داد. در حالی که چرخه وظیفه   از 0 به 1 تغییر می کند:

(6)

مدل حالت رانندگی

بر اساس برنامه های آزمایشی حرکت، روشی برای شکل گیری حالت حرکت با انتخاب تصادفی چرخه ها و تشکیل یک دنباله تصادفی از آنها ایجاد شده است. بنابراین، ترافیک شهری نابسامان تقلید شد.

حالت های حرکت به دست آمده بر اساس داده های تجربی به طور قابل توجهی با حالت های حرکت در چرخه SAE j 227 C متفاوت است، به ویژه هنگام محاسبه برای حالت های واقعیحرکت، مصرف انرژی ویژه کمتر (260 Wh/km) نسبت به حرکت در یک چرخه (390 Wh/km) به دست آمد.

مدل باتری

در شکل 3. یک الگوریتم ساده ارائه شده است که اجازه می دهد تا ولتاژ باتری را در هر مرحله محاسبه در مدل شبیه سازی حرکت یک وسیله نقلیه الکتریکی تعیین کنید.

این رویکرد برای محاسبه تخلیه AB غیر ساکن را می توان به توصیف شارژ غیر ساکن که در طول ترمز احیا کننده رخ می دهد نیز تعمیم داد.

هدف نهایی از توسعه یک مدل خودروی الکتریکی، تعیین عملکرد و ویژگی های باتری آن در یک حالت رانندگی معین است. پارامترهای زیر به عنوان پارامترهای اصلی در نظر گرفته شدند:

• 
  مسافت پیموده شده (ذخیره نیرو)؛
• 
  مصرف انرژی در حین حرکت؛
• 
  مصرف انرژی در واحد مسیر و ظرفیت حمل.
• 
  انرژی ویژه ای که توسط باتری ارائه می شود.

• 
  پارامترهای باتری و (یا) دستگاه ذخیره انرژی: خانواده ای از ویژگی های تخلیه و شارژ موقت برای مقادیر جریان در محدوده عملیاتی در دمای ثابت، وزن ماژول باتری و تجهیزات اضافی، تعداد ماژول های نصب شده، و غیره.؛
• 
  پارامترهای موتور: جریان و ولتاژ نامی، مقاومت مدار آرمیچر و سیم پیچ تحریک، داده های طراحی، ویژگی های بدون بار و غیره؛
• 
  پارامترهای وسیله نقلیه پایه: وزن ناخالص، نسبت دنده گیربکس و درایو نهایی، راندمان انتقال، ممان اینرسی و شعاع چرخش چرخ، ضریب مقاومت هوا، سطح کارآمد، ضریب مقاومت غلتشی، ظرفیت بار و غیره؛
• 
  پارامترهای حالت رانندگی

هنگام مدل سازی حرکت EM در چرخه SAE j 227 C، نتایج با ساختار داده ارائه شده در جدول 2 به دست آمد.

نتایج تحلیل عاملی (جدول 3.) نشان داد که در حال حاضر سه عامل 97 درصد اطلاعات را تعیین می کنند که می تواند به طور قابل توجهی تعداد عوامل نهفته و بر این اساس ابعاد مدل شبیه سازی را کاهش دهد.

نتایج محاسبه شاخص های اصلی عملکرد EM در طول اورکلاک.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1,00	129,93	25,21	250,00	7,2	19,49	120,11	3,00	280,92	0,46	4487,4	0,02
2,00	129,80	41,11	250,00	7,2	19,58	121,19	6,23	583,47	1,81	12873,1	0,32
38,00	116,73	116,30	111,73	3,4	26,36	23,40	47,53	4449,17	393,5	828817,1	-

نتایج تحلیل عاملی (جدول 3.) نشان داد که در حال حاضر سه عامل 97 درصد اطلاعات را ارائه می دهند که می تواند به طور قابل توجهی تعداد عوامل نهفته و بر این اساس ابعاد مدل شبیه سازی را کاهش دهد.

برای روشن شدن ارائه تحلیلی مشخصات دشارژ AB 6EM-145 که باتری یک وسیله نقلیه الکتریکی با جرم کل 3.5 تن و جرم باتری 700 کیلوگرم از آن تشکیل شده است، به منظور بررسی امکان کوتاه مدت شارژ مجدد AB در طول یک شیفت کاری و در نتیجه افزایش مسافت پیموده شده، آزمایشی برای آزمایش باتری 6EM-145 طبق یک برنامه ویژه انجام شد. این آزمایش به مدت 2 ماه بر روی 2 باتری 6EM-145 انجام شد.

اطلاعاتی بودن عوامل انتزاعی

1. 
   شارژ با جریان دو مرحله ای 23A و 11.5A (توصیه شده توسط سازنده باتری)
2. 
   کنترل تخلیه (طبق توصیه سازنده) با جریان 145 آمپر تا حداقل مقدار ولتاژ 9 ولت.
3. 
   شارژ تا 20%، 50% و 80% درجه شارژ با جریان های 23.45 و 95A.
4. 
   جریان 145 آمپر را به حداقل مقدار ولتاژ 9 ولت تخلیه کنید.

نتایج رگرسیون چندگانه برای تقریباً همه متغیرهای وابسته نتایج آماری معنی‌داری نشان داد (ضریب همبستگی برابر با آر\u003d 0.9989 و اف-نگرش اف(2.6)=1392.8). در نتیجه امکان استفاده مشروع از مدل های خطی نشان داده می شود.

مرحله اول شتاب با مقدار شار مغناطیسی محاسبه می شود اف= اف حداکثر= 0.0072 Wb و حفظ جریان آرمیچر در یک سطح ثابت منمن = من i1 = 250 A. این مرحله در زمان شروع می شود تی= 0 و زمانی به پایان می رسد که چرخه وظیفه برابر باشد 1. ثابت برای این مرحله شتاب: جریان میدان مندر = آ∙F حداکثر 3 + ب∙F حداکثر 2 + ج∙F حداکثر\u003d 10.68 A و ولتاژ روی سیم پیچ تحریک Uدر = من∙آر ov

مطابق با اصل تنظیم دو ناحیه ای، افزایش سرعت محور موتور در ولتاژ کامل را می توان با تضعیف میدان مغناطیسی به دست آورد. این در یک تنظیم کننده جریان الکترونیکی اجرا می شود که یک سیم پیچ تحریک مستقل را کنترل می کند. مرحله دوم شتاب در زمان مربوط به شروع می شود  =1 و زمانی پایان می یابد که وسیله نقلیه الکتریکی به سرعت تعیین شده برسد. مقادیر اولیه V, n, U دو دیگران نتایج محاسبه آخرین مرحله شتاب در جریان کامل هستند، زمانی که  =1.

نتایج رگرسیون چندگانه

ترمز خودروی الکتریکی می تواند مکانیکی یا احیا کننده باشد. آخرین مرحله در چرخه در زمان شروع می شود تی= تی آ + تی cr + تی شرکتو زمانی به پایان می رسد تی= تی آ + تی cr + تی شرکت + تی ب. ترمز در چرخه SAE j 227 C با کاهش سرعت ثابت رخ می دهد که می تواند به صورت زیر تعریف شود: a= V/(3.6∙ را انتخاب کنید تی ب) m/s 2، که در آن V vyb - سرعت تا پایان خروج، کیلومتر در ساعت

آزمایش‌های شبیه‌سازی انجام‌شده در کار پایان‌نامه بر روی تخمین ویژگی‌های حرکت EM نشان داد که فرآیند تصادفی غیر ثابت مشروط ویژگی‌ها به خوبی با فرآیندی با تابع اتوکوواریانس به شکل تقریب می‌شود:

جایی که r 1 (t)و r 2 (t)به ترتیب برابر با:

D  =||cov( (ت من ),  (ت j ))||=||r(t من -t)||، i,j=0..-m -ماتریس کوواریانس تاریخچه فرآیند در لحظات تی من ، تی j ; r(t) -تابع خود همبستگی حالت ثابت حرکت.

الگوریتم های تقریب تصادفی به عنوان الگوریتم های کنترل برای حالت های حرکت EM در پایان نامه انتخاب شدند. اجازه دهید ایکسمتغیر برداری در آر ن، که برای آن شرایط زیر وجود دارد:

1. هر ترکیبی از پارامترهای کنترل شده ایکسمربوط به یک متغیر تصادفی است Yویژگی های حرکتی با انتظارات ریاضی م Y(X).

2. م Y(X)دارای یک حداکثر واحد و مشتقات جزئی دوم  2 م Y/x i x j در کل منطقه تغییر حالت های کنترل محدود می شود.

3. دنباله ها ( آ ک) و ( ج ک) شرایط را رعایت کنید:

آ) ، ب) ، که در) ، G) .

(12)

5. بردار  Y k تغییرات در ویژگی های حرکت بر اساس اجرای مقادیر تصادفی حالت های فعلی تعیین می شود ایکسک طبق یکی از طرح ها پ 1 , پ 2 یا پ 3:

پ 1 =[ایکس k ایکس k+c k E 1 , . . . , ایکس k+c k Eمن ، . . . ، ایکس k+c k E N ] T - طرح مرکزی;

پ 2 =[ایکس k+c k E 1 , ایکس k -c k E 1 , . . . ایکس k+c k E N، ایکس k -c k E N ] T - طرح متقارن.

پ 3 =[ایکس k ایکس k+c k E 1 , ایکس k -c k E 1 , . . . ایکس k+c k E N، ایکس k -c k E N ] T .- پلان با نقطه مرکزی، که در آن .

6. پراکندگی ارزیابی ویژگی های حرکت  k 2 برای هر ترکیبی از حالت ها ایکس k محدود  k 2  2
تحقیقات انجام شده در پایان نامه نشان داد که در شرایط فوق، توالی حالت های کنترل انتخاب شده است ایکس k با احتمال 1 به مقادیر بهینه همگرا می شود.

در نتیجه رسمی سازی انجام شده، الگوریتم عملکرد مدل شبیه سازی کنترل شده حرکت EM به ترتیب اقدامات زیر است:

1. راه اندازی اولیه مدل و انتخاب حالت های اولیه حرکت ایکس 0 , ک=0.

2. با ترکیبی از حالت ها ایکسک در محله محلی خود طبق یکی از نقشه ها پ i (i=1،2،3) مسیرهای انتخابی ویژگی های حرکت ایجاد می شود ( Xk,l ( t|س ک)) l=1 L مدت زمان تیهر کدام از یک حالت اولیه مشترک س ک .

3. میانگین برآوردهای انتگرالی مشخصه ها برای همه محاسبه می شود ل=1 …L با حالت اولیه مشترک س ک :

6. حالت اولیه را تنظیم کنید س ک +1 فاصله کنترل بعدی، برابر با وضعیت نهایی یکی از فرآیندهای مرحله قبل است.

7. مطابق با معیار توقف انتخاب شده، انتقال به نقطه 2 یا به پایان شبیه سازی انجام می شود.

در فصل چهارم روش ها و مدل های توسعه یافته مورد آزمایش قرار گرفتند.

هنگام انتخاب ابعاد باتری نصب شده روی EV، برای بهینه سازی نسبت بین ظرفیت حمل و مسافت پیموده شده خودروی الکتریکی، از مفهوم کار حمل و نقل استفاده می شود. A=G E ∙L t∙km، کجا جی E- ظرفیت بار EM، t; L- ذخیره انرژی EM (مسافت پیموده شده). ظرفیت بار EM جی E =جی 0 - متر b / 1000 تن، که در آن جی 0 = جی ولی – متر- ظرفیت بار شاسی که با ظرفیت بار وسیله نقلیه پایه تعیین می شود جی ولیاز جمله وزن  متر, هنگام جایگزینی موتور احتراق داخلی با یک سیستم محرک الکتریکی آزاد می شود، t. متر b جرم منبع انرژی، کیلوگرم است. ارزش مسافت پیموده شده Lوسیله نقلیه الکتریکی در حالت کلی طبق فرمول شناخته شده در ادبیات محاسبه می شود
کیلومتر، کجا E متر - انرژی ویژه منبع جریان، W∙h/kg.  - مصرف انرژی ویژه در حین حرکت، W∙h/km. در نتیجه، برای کار حمل و نقل درست است:

کجا: ضریب
کیلومتر بر کیلوگرم

بر اساس مدل شبیه سازی توسعه یافته، محاسبه حرکت EM بر اساس ماشین GAZ 2705 "GAZelle" با ظرفیت حمل انجام شد. جی 0 = 1700 کیلوگرم این محاسبه برای منابع مونتاژ شده از 10 بلوک باتری OPTIMA D 1000 S به صورت سری انجام شد. جی ولی .

محاسبات برای حرکت در چرخه انجام شد اس AE j 227 درجه سانتیگراد و برای حرکت با سرعت ثابت. در شکل 4. نظری را نشان می دهد و با شبیه سازی وابستگی کار حمل و نقل به جرم باتری به دست می آید.

با توجه به نتایج محاسبات، حداکثر کار حمل و نقل با جرم باتری کمی بزرگتر از نیمی از ظرفیت بار حاصل می شود. این به دلیل افزایش انرژی ویژه است E مترمنبع فعلی با افزایش ظرفیت

چرخه اس AE j 227 C یکی از شدیدترین چرخه های تست است، رانندگی بدون توقف، برعکس، یکی از ساده ترین هاست. بر این اساس، می توان فرض کرد که نمودارهای مربوط به حالت های رانندگی متوسط ​​در منطقه محدود شده توسط منحنی های مربوطه قرار می گیرند و حداکثر کار حمل و نقل هنگام کار بر روی باتری OPTIMA D1000S در محدوده 920 تا 926 کیلوگرم قرار دارد.

در بازداشت نتایج اصلی کار ارائه شده است.

کاربرد حاوی اسنادی در مورد استفاده از نتایج کار است.

نتیجه گیری و نتایج اصلی کار

1. 
   طبقه بندی AB ها و تجزیه و تحلیل روش های شناخته شده برای محاسبه ویژگی های AB ها انجام شده است. ارزیابی امکان کاربرد آنها در مدل‌سازی شارژ و دشارژ غیر ثابت AB ارائه شده است.
2. 
   بر اساس تحقیقات انجام شده در پایان نامه برای مدل سازی بارگذاری غیر ایستا AB تحت حالت ها و شرایط مختلف حرکت EM، پیشنهاد می شود از یک رویکرد تجزیه استفاده شود که امکان ادغام مدل های تحلیلی و شبیه سازی ترکیبی از جمله مدل های قطعه مکانیکی را فراهم می کند. سیستم کنترل، حالت های حرکتی و موارد دیگر.
3. 
   این مقاله مشکل رسمی‌سازی اصول ساخت یک مدل شبیه‌سازی EM را با استفاده از شرح فرآیند اشیاء و اجزای سیستم مطرح و حل کرد، که امکان شبیه‌سازی حالت‌های غیر ثابت حرکت EM و تأثیر آن‌ها بر ویژگی‌های بارگذاری غیر ساکن را فراهم می‌کند. AB
4. 
   تجزیه و تحلیل عاملی از ویژگی های اورکلاک انجام شد، که نشان داد که در حال حاضر سه عامل 97٪ از اطلاعات را توضیح می دهند. این امر باعث شد تا تعداد فاکتورهای نهفته مدل و در نتیجه ابعاد مدل شبیه سازی به میزان قابل توجهی کاهش یابد.
5. 
   تکنیکی برای انجام آزمایش بر روی تحلیل مقایسه ایویژگی های تخلیه باتری ها و آزمایش ها انجام شد. داده‌های تجربی به‌دست‌آمده نشان داد که استفاده از مدل‌های خطی برای تقریباً همه متغیرهای وابسته مجاز است.
6. 
   آزمایش‌های شبیه‌سازی انجام‌شده برای ارزیابی ویژگی‌های حرکت EM نشان داد که فرآیند تصادفی غیر ثابت ویژگی‌ها به خوبی توسط فرآیندی با تابع اتوکوواریانس بیش‌نمایی تقریب می‌شود. عبارات تحلیلی برای توصیف ویژگی های یک فرآیند غیر ثابت مشروط به دست می آیند.
7. 
   برای حل مسائل بهینه سازی در یک مدل شبیه سازی، الگوریتم های تقریب تصادفی به عنوان الگوریتم های کنترل انتخاب می شوند که سرعت بالاهمگرایی در شرایط پراکندگی زیاد ویژگی های حرکتی.
8. 
   یک مجتمع شبیه سازی نرم افزار توسعه داده شده است که برای استفاده عملی در تعدادی از شرکت ها معرفی شده است و همچنین در فرآیند آموزشی در MADI (STU) استفاده می شود.

انتشارات با موضوع کار پایان نامه

1. 
   Ioanesyan A.V. روش های محاسبه ویژگی های باتری برای وسایل نقلیه الکتریکی / E.I. Surin, A.V. -M., 2003. - S.29-36.
2. 
   Ioanesyan A.V. روش های تعیین پایان تخلیه و شارژ باتری در یک ماشین الکتریکی / Ioanesyan A.V. // مهندسی برق و تجهیزات برق حمل و نقل. - م.: 1385، شماره 6 - صص 34-37.
3. 
   Ioanesyan A.V. پارامترهای اساسی باتری برای وسایل نقلیه الکتریکی / A.V. Ioanesyan // روش ها و مدل های انفورماتیک کاربردی: بین دانشگاهی شنبه. علمی tr. MADI (GTU). - م.، 2009. - S.121-127.
4. 
   Ioanesyan A.V. مدل قسمت مکانیکی ماشین برقی / A.V. Ioanesyan // روش ها و مدل های انفورماتیک کاربردی: بین دانشگاهی شنبه. علمی tr. MADI (GTU). - م.، 2009. - S.94-99.
5. 
   Ioanesyan A.V. مدل شبیه سازی تعمیم یافته حرکت یک ماشین الکتریکی / A.V. Ioanesyan // اصول ساخت و ساز و ویژگی های استفاده از سیستم های مکاترونیک: Sat. علمی tr. MADI (GTU). - م.، 1388. - ص.4-9.
6. 
   Ioanesyan A.V. مدل های فرآیندهای غیر ثابت حرکت وسایل نقلیه الکتریکی / A.V. Ioanesyan // اصول ساخت و ساز و ویژگی های استفاده از سیستم های مکاترونیک: Sat. علمی tr. MADI (GTU). - م.، 2009. - S.10-18.