Jeden komentár k „Simulácia lítium-iónových batérií pre systémy správy batérií: Prehľad súčasného stavu techniky“. Model batérie Účel a hlavné ciele štúdie

Pokiaľ ide o vývoj nových špičkových a miniatúrnych zariadení, prekážkou sú batérie. V súčasnosti je to cítiť najmä v oblasti výroby a prevádzky elektromobilov, v záložných zásobníkoch energie pre energetické siete a samozrejme v spotrebnej miniatúrnej elektronike. Na splnenie dnešných požiadaviek musia zariadenia na ukladanie energie, ktoré zjavne nedržali krok s vývojom všetkých ostatných technológií, poskytovať viac akumulovanej energie s veľkým počtom cyklov nabíjania a vybíjania, musia mať vysokú hustotu akumulácie energie a poskytovať vysokú dynamiku. výkon.

Výroba a testovanie nových batérií rôzne druhy je náročný proces, ktorý trvá pomerne dlho, čo ho robí veľmi drahým. Preto by pre elektrochemických vedcov bola možnosť vykonávať podrobné simulácie pred začatím praktických experimentov skutočným prínosom. Ale až donedávna nikto nebol schopný vytvoriť matematický model batérie, podrobne rozpísané na úroveň jednotlivých atómov kvôli zložitosti takéhoto modelu a kvôli obmedzeniam existujúce fondy matematické modelovanie.

To sa však teraz zmenilo, a to vďaka práci dvoch nemeckých výskumníkov, Wolfa Dappa z Inštitútu pre pokročilú simuláciu a Martina Musera z univerzity v Saarlandes. Títo vedci vytvorili kompletný matematický model batérie a urobili jeho výpočty až na úroveň jednotlivých atómov. Treba poznamenať, že podľa výsledkov simulácie sa vlastnosti „matematickej batérie“ do značnej miery zhodujú s vlastnosťami skutočných batérií, s ktorými sme všetci zvyknutí narábať.

V posledných rokoch odborníci v danej oblasti informačných technológií modely batérií boli vytvorené už mnohokrát, ale všetky tieto modely pracovali na oveľa väčšej úrovni ako úroveň jednotlivých atómov a spoliehali sa na údaje a parametre, ktoré boli získané experimentálne, ako je iónová a elektrónová vodivosť, koeficienty šírenia, hustota prúdu , elektrochemické potenciály atď.

Takéto modely majú jednu vážnu nevýhodu - fungujú extrémne nepresne alebo nefungujú vôbec, pokiaľ ide o nové materiály a ich kombinácie, ktorých vlastnosti nie sú úplne pochopené alebo vôbec nie sú študované. A aby bolo možné úplne vypočítať správanie batérie nových materiálov ako celku, elektrochemici musia vykonať simulácie na úrovni jednotlivých molekúl, iónov a atómov.

Aby bolo možné modelovať batériu ako celok, počítačový model musí vypočítať akékoľvek zmeny v energetických, chemických a elektrochemických potenciáloch v každom kroku výpočtu. Presne toto sa podarilo Deppovi a Muzrovi uvedomiť. V ich modeli je elektrická energia premennou, ktorej hodnota je určená interakciou atómov, väzieb medzi atómami a iónmi v každej fáze výpočtov.

Prirodzene, výskumníci museli urobiť ústupky realite. Matematická batéria má ďaleko od zložitosti batérie, ktorú môžete dostať z mobilného telefónu. Matematický model „nanobatérie“ pozostáva len z 358 atómov, z toho 118 atómov je v materiáli elektród, katódy a anódy. Podľa počiatočných podmienok je katóda pokrytá vrstvou 20 atómov elektrolytickej látky a v samotnom elektrolyte je iba 39 kladne nabitých iónov.

Ale napriek takejto zjavnej jednoduchosti potrebuje tento matematický model na svoje výpočty značný výpočtový výkon. Prirodzene, celé modelovanie sa vykonáva v škále diskrétnych jednotiek, krokov a na celý cyklus výpočtov je potrebných najmenej 10 miliónov krokov, z ktorých každý vykonáva sériu mimoriadne zložitých matematických výpočtov.

Výskumníci uvádzajú, že model, ktorý vytvorili, je len dôkazom princípov fungovania, ktoré použili, a existuje niekoľko spôsobov, ako tento model vylepšiť. V budúcnosti sa chystajú skomplikovať model, ktorý vytvorili tým, že prezentujú roztok elektrolytu ako súbor častíc, ktoré majú stacionárny nabíjačka. To spolu so zvýšením počtu atómov v modeli bude vyžadovať, aby výpočet modelu vyžadoval výkon nie najslabšieho superpočítača, ale stojí to za to, pretože takýto výskum môže viesť k vytvoreniu nových zdrojov energie. ktorý spôsobí revolúciu v oblasti prenosnej elektroniky.

V posledných rokoch si získali obľubu takzvané „inteligentné“ batérie, alebo inak povedané Smart batérie. Batérie tejto skupiny sú vybavené mikroprocesorom schopným nielen vymieňať dáta s nabíjačkou, ale aj regulovať chod batérií a informovať užívateľa o stupni ich výkonu. Batérie vybavené špecializovaným inteligentným riadiacim systémom sú široko používané v širokej škále technických elektrických zariadení vrátane elektrickej dopravy. Pozoruhodné je, že skupinu smart batérií tvoria najmä batérie s obsahom lítia, aj keď sú medzi nimi uzavreté alebo odvetrávané olovené, nikel-kadmiové batérie.

Inteligentné batérie sú minimálne o 25 % drahšie ako bežné batérie. Inteligentné batérie sa však líšia nielen cenou, ako väčšina ľudí predpokladá, ale aj vlastnosťami nastavovacieho zariadenia, ktoré je k nim pripojené. Tá zaručuje identifikáciu typu akumulátorov s nabíjačkou, monitoruje teplotu, napätie, prúd a stupeň nabitia akumulátorov. Významná časť lítium-iónových batériových modulov má zabudovaný monitorovací a riadiaci systém ( BMS), ktorá je zodpovedná za stav batérií a spravuje ich tak, aby maximalizovala výkon batérií v rôznych podmienkach.

Pozrime sa podrobnejšie na to, čo je batéria s BMS. Inteligentné batérie sú batérie vybavené špeciálnym mikroobvodom, v ktorom sa programujú trvalé a dočasné dáta. Trvalé údaje sú naprogramované vo výrobe a nepodliehajú zmenám: údaje týkajúce sa výrobnej série BMS, jej označenie, kompatibilita s typom batérií, napätie, maximálne a minimálne limity napätia, teplotné limity. Dočasné údaje sú údaje, ktoré je potrebné pravidelne aktualizovať. Patria sem predovšetkým prevádzkové požiadavky a používateľské údaje. Spravidla je možné prepojiť riadiaci a vyvažovací systém s počítačom alebo ovládačom za účelom sledovania stavu batérií a kontroly ich parametrov. Niektoré modely BMS je možné nakonfigurovať pre rôzne typy batérií (úrovne napätia, hodnoty prúdu, kapacita).

Systém správy batérie (BMS) je elektronický systém, ktorý riadi proces nabíjania/vybíjania batérie, zodpovedá za bezpečnosť jej prevádzky, monitoruje stav batérie a vyhodnocuje sekundárne údaje o výkone.

BMS (systém správy batérie)- jedná sa o elektronickú dosku, ktorá je umiestnená na batérii s cieľom riadiť proces jej nabíjania / vybíjania, monitorovať stav batérie a jej prvkov, kontrolovať teplotu, počet cyklov nabíjania / vybíjania a chrániť komponenty batérie . Riadiaci a vyvažovací systém zabezpečuje individuálnu kontrolu napätia a odporu každého prvku batérie, rozdeľuje prúdy medzi komponenty batérie počas procesu nabíjania, riadi vybíjací prúd, určuje stratu kapacity v dôsledku nerovnováhy a zaisťuje bezpečné pripojenie / odpojenie náklad.

Na základe prijatých údajov vykonáva BMS vyváženie nabitia článku, chráni batériu pred skratom, nadprúdom, prebitím, nadmerným vybitím (vysoké a príliš nízke napätie každého článku), prehriatím a podchladením. Funkčnosť BMS umožňuje nielen zlepšiť prevádzkový režim batérií, ale aj maximalizovať ich životnosť. Pri určovaní kritického stavu batérie reaguje Battery Management System zodpovedajúcim spôsobom a vydáva zákaz používania batérie v elektrickom systéme - vypne ju. V niektorých modeloch BMS je možné viesť register (záznam údajov) o prevádzke batérie a ich následnom prenose do počítača.

Lítium-železofosfátové batérie (známe ako LiFePO4), ktoré sú výrazne lepšie ako iné batérie s lítium-iónovou technológiou, pokiaľ ide o bezpečnosť, stabilitu a výkon, sú tiež vybavené riadiacimi obvodmi BMS. Lítium-železo-fosfátové batérie sú totiž citlivé na prebíjanie, ako aj na vybíjanie pod určitým napätím. Aby sa znížilo riziko poškodenia jednotlivých článkov batérie a zlyhania batérie ako celku, všetky LiFePO4 batérie sú vybavené špeciálnym elektronickým vyvažovacím obvodom – systémom správy batérie (BMS).

Napätie na každom z článkov spojených do lítium-železo-fosfátovej batérie musí byť v určitých medziach a musí byť navzájom rovnaké. Situácia je taká, že ideálne rovnaká kapacita všetkých článkov, ktoré tvoria jednu batériu, je pomerne zriedkavý jav. Aj malý rozdiel niekoľkých zlomkov ampérhodín môže v budúcnosti vyvolať rozdiel v úrovni napätia počas procesu nabíjania / vybíjania. Rozdiel v úrovni nabitia / vybitia článkov jednej LiFePO4 batérie je dosť nebezpečný, pretože môže batériu zničiť.

Keď sú články zapojené paralelne, napätie na každom z nich bude približne rovnaké: viac nabitých článkov bude môcť čerpať menej nabité. Pri sériovom zapojení nedochádza k rovnomernému rozloženiu náboja medzi článkami, v dôsledku čoho niektoré prvky zostávajú podbité, zatiaľ čo iné sú dobíjané. A aj keď sa celkové napätie na konci procesu nabíjania blíži k ideálu, v dôsledku aj malého dobitia niektorých článkov v batérii dôjde k nezvratným deštruktívnym procesom. Počas prevádzky batéria neposkytne požadovanú kapacitu a v dôsledku nerovnomerného rozloženia náboja sa rýchlo stane nepoužiteľným. Články s najnižšou úrovňou nabitia sa stanú akýmsi „slabým miestom“ batérie: rýchlo sa podvolia vybitiu, zatiaľ čo články batérie s väčšou kapacitou prejdú len čiastočným cyklom vybitia.

Metóda vyvažovania umožňuje vyhnúť sa negatívnym deštruktívnym procesom v batérii. Riadiaci a vyvažovací systém článkov BMS zaisťuje, že všetky články dostanú na konci nabíjania rovnaké napätie. Keď sa proces nabíjania blíži ku koncu BMS, vyrovná sa posunutím nabitých článkov alebo prenesie energiu článkov s vyšším napätím na články s nižším napätím. Na rozdiel od aktívneho vyvažovania, pri pasívnom vyvažovaní, články, ktoré sú takmer úplne nabité, dostávajú menej prúdu alebo sú vylúčené z procesu nabíjania, kým všetky články batérie nebudú mať rovnakú úroveň napätia. Battery Management System (BMS) maximalizuje životnosť batérie vyvážením, reguláciou teploty a ďalšími funkciami.

Zvyčajne obchody predávajú hotové prefabrikované batérie s BMS, niektoré obchody a spoločnosti však stále poskytujú možnosť zakúpiť si komponenty batérií samostatne. Medzi nimi je spoločnosť "Electra". Elektra je prvou spoločnosťou na Ukrajine, ktorá sa rozhodla dodávať a vytvárať trh pre batériové články pre svojpomocnú montáž a dizajn lítium-železo-fosfátových batérií (LiFePO4) u nás. Hlavnou výhodou svojpomocnej montáže batérií z jednotlivých článkov je možnosť získania prefabrikovanej súpravy batérií prevádzkových parametrov a kapacity čo najbližšie k požiadavkám užívateľa. Pri nákupe komponentov na zostavenie LiFePO4 batérie je dôležité dbať nielen na zhodu článkov batérie navzájom, ale pozrieť sa aj na parametre BMS: napätie, vybíjací prúd, počet článkov, pre ktoré je navrhnutý. Prevádzka lítium-železo-fosfátovej batérie zahŕňa aj použitie iba nabíjačky, ktorá vyhovuje jej typu. Jeho napätie by sa malo rovnať celkovému napätiu batérie.

24v 36v 48v 60v

Hlavné účely použitia BMS (Battery Management System) ako regulátora batérie:

Ochrana článkov batérie a celej batérie pred poškodením;

Zvýšená životnosť batérie;

Udržiavanie batérie v stave, v ktorom bude možné v maximálnej možnej miere vykonávať všetky úlohy, ktoré sú jej pridelené.

Funkcie BMS (Battery Management System)

1. Monitorovanie stavu batériových článkov z hľadiska:

- Napätie: celkové napätie, napätie jednotlivých článkov, minimálne a maximálne napätie článku;

- teploty: priemerná teplota, teplota elektrolytu, výstupná teplota, teplota jednotlivých článkov batérie, dosky BMS(elektronická doska je spravidla vybavená vnútornými snímačmi teploty, ktoré monitorujú teplotu samotného ovládacieho zariadenia, ako aj vonkajšími, ktoré sa používajú na reguláciu teploty konkrétnych článkov batérie);

- náboj a hĺbka vybitia;

- nabíjacie/vybíjacie prúdy;

- použiteľnosť

Riadiaci a vyvažovací systém článku dokáže uložiť do pamäte také ukazovatele, ako je počet cyklov nabíjania/vybíjania, maximálne a minimálne napätie článku, maximálna a minimálna hodnota nabíjacieho a vybíjacieho prúdu. Práve tieto údaje umožňujú zistiť zdravotný stav batérie.

Nesprávne nabíjanie je jednou z najčastejších príčin zlyhania batérie, takže kontrola nabíjania je jednou z hlavných funkcií mikrokontroléra BMS.

2. Inteligentná výpočtová technika. Na základe vyššie uvedených bodov BMS hodnotí:

Maximálny povolený nabíjací prúd;

Maximálny povolený vybíjací prúd;

Množstvo energie dodanej v dôsledku nabíjania alebo straty počas vybíjania;

Vnútorný odpor bunky;

Celkový prevádzkový čas batérie počas prevádzky (celkový počet prevádzkových cyklov).

3. Posol. BMS môže poskytnúť vyššie uvedené údaje externým riadiacim zariadeniam prostredníctvom káblovej alebo bezdrôtovej komunikácie.

4. Ochranné. BMS chráni batériu tým, že bráni jej prekročeniu bezpečných prevádzkových limitov. BMS zaručuje bezpečnosť pripojenia / odpojenia záťaže, flexibilné riadenie záťaže, chráni batériu pred:

Nadprúd;

Prepätie (počas nabíjania);

Napätie klesne pod prípustnú úroveň (počas vybíjania);

prehriatie;

hypotermia;

únik prúdu.

BMS dokáže zabrániť procesu, ktorý je pre batériu nebezpečný, a to priamym ovplyvňovaním alebo vyslaním príslušného signálu o nemožnosti následného použitia batérie do riadiaceho zariadenia (ovládača). Inteligentný monitorovací systém (BMS) odpojí batériu od záťaže alebo nabíjačky, keď je aspoň jeden z prevádzkových parametrov mimo dosahu.

5. Vyvažovanie. Vyvažovanie je metóda rovnomerného rozloženia náboja medzi všetky články v batérii, čím sa maximalizuje životnosť batérie.

BMS zabraňuje prebíjaniu, podbíjaniu a nerovnomernému vybíjaniu v jednotlivých článkoch batérie:

Vykonávanie „prehadzovania“ energie z najviac nabitých článkov k menej nabitým (aktívne vyvažovanie);

Znížením dodávky prúdu do prakticky plne nabitého článku na dostatočne nízku úroveň, pričom menej nabité články batérie naďalej prijímajú normálny nabíjací prúd (princíp skratu),

Poskytovanie modulárneho procesu nabíjania;

Úpravou výstupných prúdov batériových článkov pripojených k elektrickému zariadeniu.

Aby bola doska BMS chránená pred negatívnymi účinkami vlhkosti a prachu, je potiahnutá špeciálnym epoxidovým tmelom.

Batérie nemajú vždy len jeden riadiaci a vyvažovací systém. Niekedy sa namiesto jednej dosky BMS pripojenej cez výstupné vodiče k batérii a ovládaču používa niekoľko vzájomne prepojených regulačných elektronických dosiek naraz, z ktorých každá riadi určitý počet článkov a privádza odchádzajúce dáta do jedného ovládača.

Z praktického hľadiska môže BMS vykonávať oveľa viac ako len správu batérie. Niekedy sa tento elektronický systém môže podieľať na kontrole parametrov prevádzkového režimu elektrického vozidla a vykonávať príslušné činnosti na riadenie jeho elektrického výkonu. Ak je batéria zapojená do systému rekuperácie brzdnej energie elektrického vozidla, potom môže BMS regulovať aj proces nabíjania batérie počas spomaľovania a klesania.

Vojenská veda Aerobalistická metóda zvyšovania balistickej účinnosti riadených leteckých bômb. Kľúčové slová: vzdialenosť letu, riadená letecká bomba, prídavný profil. Fomicheva Olga Anatolievna, kandidátka [e-mail chránený], Rusko, Tula, Štátna univerzita technických vied v Tule, docent, MDT 621.354.341 MATEMATICKÝ MODEL FUNGOVANIA AKUMULÁTOROVÉHO VYKUROVACIEHO SYSTÉMU S POUŽITÍM CHEMICKÉHO VYHRIEVACIEHO ELEMENTU Е.I. Lagutina Článok predstavuje matematický model procesu udržiavania batérie v optimálnom tepelnom stave pri nízkych teplotách okolia pomocou chemického vykurovacieho telesa. Kľúčové slová: regulácia teploty, konvekčný prenos tepla, akumulátor, chemické vykurovacie teleso, matematický model. V tejto fáze vývoja zbraní a vojenského vybavenia je ťažké si predstaviť úspešné vedenie nepriateľských akcií s minimálnymi vlastnými stratami bez jednotný systém riadenie vojska. S prihliadnutím na stále sa zvyšujúcu dynamiku bojových operácií je základom systému velenia a riadenia vojsk na taktickom stupni velenia a riadenia rádiová technika. Táto úloha rádiových zariadení v riadiacom systéme si zase vyžaduje venovať osobitnú pozornosť batériám rádiových zariadení - batérii, ako základu ich nepretržitej prevádzky. Berúc do úvahy klimatické vlastnosti našej krajiny (prítomnosť veľkého percenta území s prevažne chladnou klímou, možnosť úspešných bojových operácií v niektorých operačných oblastiach Ďalekého východu len v zimných mesiacoch), udržiavanie optimálneho tepelného režimu Prevádzka batérie pri nízkych okolitých teplotách je jednou z najdôležitejších úloh. Sú to prevádzkové podmienky batérií, ktoré šetria zdroje, čo do značnej miery určuje stabilné fungovanie komunikačného systému, a tým aj úspešné dokončenie bojových misií. 105 Novinky TulGU. Technická veda. 2016. Vydanie. 4 V súčasnosti bolo vyvinutých pomerne veľa zariadení na reguláciu teploty. Ich spoločnými nevýhodami sú ale hlavne relatívne vysoká spotreba energie (navyše sú napájané samotnou batériou) a nutnosť ľudskej účasti na riadení procesu regulácie teploty. Berúc do úvahy vyššie uvedené nevýhody, vo vyvinutom termostatickom zariadení v kombinácii s tepelne izolačným puzdrom, ako hlavným prostriedkom na udržanie optimálneho tepelného režimu prevádzky batérie, sa navrhuje použiť chemický vykurovací prvok na báze presýteného trihydrát octanu sodného NaCH3COO 3H2O s rovnovážnou teplotou fázového prechodu Тf = 331 K a latentným teplom fázového prechodu rt = 260 kJ/kg, ktorý je stabilný za podmienok podchladenia so zavedením malých prísad a môže byť podchladený, podľa údajov až na T = 263 K. Patentový rešerš ukázal veľmi malý počet patentov popisujúcich akumulátory tepla s fázovým prechodom, ktoré používajú podchladené kvapaliny ako materiály na akumuláciu tepla (HAM). Svedčí to o praktickej absencii osvedčených technických riešení v tejto oblasti, ktoré umožňujú realizovať riadený proces vracania predtým naakumulovaného tepla. Vzhľadom na to, že špecifické teplo fázového prechodu vybraného TAM je pomerne vysoké a zároveň je schopné podchladenia na veľmi nízke teploty, je potrebné vykonať nezávislú výpočtovú štúdiu tejto látky, aby sa identifikovala jej praktická použiteľnosť. Základom pre zostavenie matematického modelu TAFP je Stefanov problém, čo je problém rozloženia teploty v tele za prítomnosti fázového prechodu, ako aj umiestnenia fáz a rýchlosti pohybu ich rozhrania. Pre jednoduchosť budeme uvažovať o rovinnom probléme (keď povrch fázového prechodu je rovina). Z klasického hľadiska je to problém matematickej fyziky a redukuje sa na riešenie nasledujúcich rovníc: 2 dT1 2 d T1 = a1. za 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 a podmienky fázového prechodu 106 pri τ = 0, (1) (2) (3) (4) Izvestiya TulGU. Technická veda. 2016. Vydanie. 4 2. Pri reverzibilných procesoch fázového prechodu TAM, topenia a kryštalizácie pri τ=0 sa vytvárajú fázové hranice, teplotné pole TAM v rastovej fáze je lineárne a teplota miznej fázy sa rovná teplote fázového prechodu. 3. Neexistuje žiadna tepelná vodivosť TAM v pozdĺžnom smere. 4. Predpokladá sa, že proces fázovej transformácie TAM je jednorozmerný. V tomto prípade sú fázové hranice nezmenené v tvare a v každom okamihu sú to valcové plochy umiestnené sústredne vzhľadom na steny krytu chemického vykurovacieho telesa. 5. Tepelné straty do okolia z TAFP v procese jeho vybíjania a pri zahrievaní častí rádiostanice susediacich s puzdrom batérie sa neberú do úvahy. 6. Prestupové koeficienty (prestup tepla, prestup tepla, tepelná vodivosť) a merné tepelné kapacity sú konštantné a nezávisia od teploty. Proces konvekčnej výmeny tepla medzi HAM a stenami telesa chemického vykurovacieho telesa je opísaný rovnicou , W; ak je koeficient prestupu tepla z HAM do telesa chemického vykurovacieho telesa, W/(m2 K); Fc – plocha kontaktu HAM s vnútornou stenou telesa chemického vykurovacieho telesa, m2; Тtam(τ) je teplota materiálu akumulujúceho teplo, K; Тк(τ) je teplota steny krytu chemického vykurovacieho telesa, K. Pri τ>0 platia nasledujúce rovnice: τ) q krát (τ) = ρ tv ⋅ r ⋅ ⋅ Fk, (13 ) t r d (τ) z(τ) je hrúbka vykryštalizovanej vrstvy HAM v čase τ, m; 3 ρ sv t je hustota TAM v tuhej fáze, kg/m. Prijatý predpoklad o opise tepelného stavu telesa chemického vykurovacieho telesa z hľadiska jeho priemernej teploty umožňuje nepočítať lokálne rýchlostné polia a koeficienty prestupu tepla v rôznych bodoch. Potom pre τ>0 platí nasledujúca rovnica: q krát (τ) = a t ⋅ Ft (Ttam (τ) − Tc (τ)), (14) , W/(m2 K); Ft – teplovýmenná plocha, m2; Ak vezmeme do úvahy, že teplo dodávané do puzdra chemického vykurovacieho telesa zvyšuje jeho vnútornú energiu a tepelné straty puzdra batérie, pri τ>0 platí nasledujúca rovnica: dT (τ) q krát (τ) = Sk ⋅ k + av ⋅ Fv ( Tv (τ) − T0) , (15) dτ kde Sk je celková tepelná kapacita telesa chemického vykurovacieho telesa v kontakte s telesom batérie, J/K; ab je koeficient prestupu tepla zo stien chemického vykurovacieho telesa na povrch batérie, W/(m2 K); Fv je povrchová plocha krytu chemického vykurovacieho telesa v kontakte s krytom batérie, m2; T0 je počiatočná teplota batérie, K. Posledná rovnica popisujúca proces fungovania systému TAFP - puzdro batérie pri τ>0, je bilančná rovnica: q krát (τ) = av ⋅ Sk ⋅ (Tk (τ) − Tv (τ)) . (16) Systém rovníc (11 - 16) je matematickým modelom fungovania systému ohrevu puzdra batérie pri vybíjaní TAFP. Neznáme funkcie v ňom sú qraz(τ), z(τ), Тк(τ), TV(τ), Тmam(τ). Keďže počet neznámych funkcií sa rovná počtu rovníc, je tento systém uzavretý. Na jeho vyriešenie v uvažovanom prípade sformulujeme potrebné počiatočné a okrajové podmienky: q krát (0) = 0   0 ≤ z (τ) ≤ δ ; z (0) = 0  t (17)  Tk (0) ≈ Tf   TB (0) = Tv (0) = Tr (0) = T0 kde δ t je hrúbka puzdra batérie, m; TB – teplota batérie v čase τ, K. Algebraickými transformáciami rovníc (11 – 17) získame systém pozostávajúci z dvoch diferenciálnych rovníc: E − D ⋅ Tк (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) kde B, W, D , E, I, M, N, Z, Y sú niektoré konštanty vypočítané podľa vzorcov (20 – 28): B = av ⋅ a t ⋅ Fv ⋅ Fc, (20) 109 Izvestiya TulGU. Technická veda. 2016. Vydanie. 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 ⋅ rr ⋅ Fk, Z = W ⋅ SB, (27) Y = B ⋅ SB. (28) 2 kde aB je tepelná difúznosť batérie, m/s, FB je plocha povrchu batérie v kontakte s chemickým vyhrievacím prvkom, m2; SB je tepelná kapacita batérie, J/K. Analýzou systému diferenciálnych rovníc možno konštatovať, že sú nelineárne. Na riešenie tohto systému s počiatočnými a okrajovými podmienkami je vhodné použiť numerické metódy, napríklad metódu štvrtého rádu Runge-Kutta, implementovanú pomocou počítačového programu Mathcad pre Windows. Referencie 1. Skúmanie možnosti použitia podchladených kvapalín ako materiálov na akumuláciu tepla v tepelných akumulátoroch s fázovým prechodom inštalovaných na mobilných vozidlách na predštartovanie ich motorov v zime: výskumná správa (konečná) / Voen. ing.-tech. un-t; ruky V.V. Shulgin; resp. účinkujúci: A.G. Melentiev. SPb., 2000. 26 s. č. 40049-L. Inv. č. 561756-OF. 2. Bulychev V.V., Chelnokov B.C., Slastilova S.V. Tepelné akumulátory s fázovým prechodom na báze zliatin Al-Si // Izvestia vysokých škôl. Metalurgia železa. č. 7. 1996. S. 64-67. 3. Skúmanie možnosti použitia podchladených kvapalín ako materiálov na akumuláciu tepla v tepelných akumulátoroch s fázovým prechodom inštalovaných na mobilných vozidlách na predštartové zahrievanie ich motorov v zime: výskumná správa (medzietapa č. 3) / Voen. ing.-tech. un-t; ruky V.V. Shulgin; resp. účinkujúci: A.G. Melentiev. SPb., 2000. 28 s. č. 40049-L. Inv. č. 561554-OF. 4. S. V. Patankar a D. B. Spalding, Heat and Mass Transfer in Boundary Layers, Ed. akad. Akadémia vied BSSR A.V. Lykov. M.: Energia, 1971. 127 s. 5. Mathcad 6.0 Plus. Finančné, inžinierske a vedecké výpočty v Prostredie Windows 95/ preklad z angličtiny. M.: Informačný a vydavateľský dom "Filin", 1996. 712 s. 110 Vojenské špeciálne vedy Lagutina Elizaveta Igorevna, referentka Katedry rádiovej, rádiovej reléovej, troposférickej, satelitnej a káblovej komunikácie, [e-mail chránený], Rusko, Rjazaň, Rjazaň Vyššia vzdušná veliteľská škola MATEMATICKÝ MODEL FUNKČNÉHO SYSTÉMU OHRIEVANIE BATÉRIE POMOCOU CHEMICKÉHO OHRIEVACIEHO TESNICE E.I. Lagutina V článku je uvedený matematický model procesu udržiavania batérie v optimálnom tepelnom stave pri nízkych teplotách okolia pomocou chemického vykurovacieho telesa. Kľúčové slová: regulácia teploty, konvekčný prenos tepla, batéria, chemický vykurovací článok, matematický model. Lagutina Elizaveta Igorevna, referentka oddelenia rádiovej, rádioreléovej, troposférickej, satelitnej a drôtovej komunikácie, [e-mail chránený], Rusko, Rjazaň, Rjazaňská vyššia vzdušná veliteľská škola Nikanorov V tomto príspevku bola vykonaná porovnávacia analýza s určením oblasti účelnej aplikácie matematických modelov plynodynamických procesov v prietokových objemoch, získaných na základe získaných zákonov zachovania hmotnosti, energie a hybnosti. pre stredné integrálne parametre média. Kľúčové slová: vzduchovo-dynamické kormidlové zariadenie, zákon zachovania, matematický model, energetický systém, prietok. Článok sa zaoberá prístupom ku konštrukcii modelov plynodynamických procesov založených na základných zákonoch zachovania termodynamických funkcií a parametrov, ktoré sú priemerným integrálom na objeme a povrchu. Bol získaný matematický model pre plynodynamické procesy v prietokovom objeme. Tento článok sa zaoberá modelmi ďalšej úrovne idealizácie: 1. Model kvázistatických procesov v prietokovom objeme pre priemerné integrálne termodynamické funkcie a parametre. Uvažujme proces prebiehajúci v objeme w0 (obr. 1), pričom predpokladajme, že je kvázistatický, teda za predpokladu, že rýchlosť pohybu plynu v objeme, ako aj rýchlosť mechanického procesu deformácie kontrolnej plochy, je zanedbateľne malá v porovnaní s rýchlosťami prechodu média cez kontrolnú plochu objemu . 111

IOANESYAN ALEXEY VILYAMOVICH

SIMULÁCIA STACIONÁRNYCH REŽIMOV PREVÁDZKY BATÉRIE ELEKTRICKÉHO VOZIDLA

Špecialita 05.09.03 - Elektrické komplexy a systémy

Dizertačné práce pre diplom

Kandidát technických vied

Moskva - 2009

Práca bola vykonaná na Katedre "Elektrotechniky a elektrických zariadení" Moskovského automobilového a cestného inštitútu (Štátna technická univerzita)

Vedúca organizácia: Federal State Unitary Enterprise Research and Experimental Institute of Automotive Electronics and Electrical Equipment (FSUE NIIAE), Moskva.

Obhajoba sa uskutoční dňa 24. novembra 2009 o 10:00 na zasadnutí Rady pre dizertáciu D.212.126.05 na Moskovskom automobilovom a cestnom inštitúte (Štátna technická univerzita) na adrese:

125329 GSP A-47, Moskva, Leningradsky pr., 64.

Dizertačnú prácu nájdete v knižnici MADI (GTU)

Vedecký tajomník

dizertačná rada,

Kandidát technických vied, docent Mikhailova N.V.

všeobecný popis práce

Relevantnosť problému

V súčasnosti najväčšie automobilky (General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, Toyota, Honda, Nissan, Mazda atď.) intenzívne pracujú na dizajne a výrobe elektromobilov. Podľa takých charakteristík, ako je výkonová rezerva a nosnosť, niektoré moderné modely elektrické vozidlá sa približujú tradičným autám, ale ich hlavnou nevýhodou je vysoká cena.

Vlastnosti elektrického vozidla a jeho cena sú do značnej miery určené parametrami použitej elektrárne a najmä batérie (AB). Na optimalizáciu parametrov elektrárne, výpočet charakteristík elektrického vozidla a určenie jeho účinnosti v porovnaní s tradičným automobilom sú hlavnými nástrojmi matematické a simulačné modelovanie.

Najťažšou úlohou pri stavbe modelu elektromobilu je simulovať činnosť AB počas jeho nestacionárneho vybíjania a nabíjania na elektromobile. Výpočet a analýza parametrov batérie je potrebný aj v systéme riadenia batérie na elektromobile, ktorý poskytuje optimálne prevádzkové podmienky, zvyšuje životnosť, zabraňuje prebíjaniu a nadmernému vybíjaniu, zaisťuje bezpečnosť prevádzky a informuje vodiča o stave nabitia a iné parametre batérie.

Dizertačná práca je venovaná vývoju modelov pohybu elektromobilu a štúdiu nestacionárnych režimov prevádzky batérie elektromobilu, čo sa v súčasnosti javí ako veľmi aktuálne.

Účel a hlavné ciele štúdie

V súlade s cieľom stanoveným v dizertačnej práci sa riešia tieto úlohy:

• 
  analýza a systematizácia metód a modelov na výpočet charakteristík batérií;
• 
  formalizácia spôsobu spracovania a analýzy štatistických údajov a simulačných experimentov na analýzu charakteristík výboja;
• 
  vývoj simulačného modelu nestacionárneho pohybu elektrického vozidla;
• 
  vývoj metodológie na integráciu heterogénnych EM komponentov;
• 
  
• 
  nastavenie a riešenie optimalizačných problémov na simulačnom modeli.

Výskumné metódy

Vedecká novinka

• 
  agregovaná procesná reprezentácia simulačného modelu nestacionárneho pohybu EM;
• 
  modely nestacionárnych náhodných procesov dynamiky EM pohybu a AB náboja/výboja;
• 
  modely klasifikácie typov AB a problém výberu typov pre dané charakteristiky EM pohybu;
• 
  implementácia softvéru EM simulačný model;
• 
  optimalizačné algoritmy na EM simulačnom modeli.

Praktická hodnota a realizácia výsledkov práce

Schválenie práce

• 
  na republikových a medziregionálnych vedecko-technických konferenciách, sympóziách a seminároch (2003-2009);
• 
  na stretnutí katedry „Elektrotechnika a elektrotechnické zariadenia“ MADI (GTU).

V úvode zdôvodní sa relevantnosť práce, určí sa cieľ a vytýčia sa hlavné úlohy štúdia.

V prvej kapitole dizertačná práca klasifikovaná modernými AB, definovala ich hlavné charakteristiky. Bola vykonaná systematizácia známych metód na výpočet charakteristík AB a bola posúdená možnosť ich aplikácie pri modelovaní nestacionárneho zaťaženia.

Charakteristiky EM sú určené hlavne ukazovateľmi palubných zdrojov elektrickej energie. Olovené (PbAcid), nikel-kadmium (Ni-Cd), nikel-metal hydridové (Ni-MH) batérie a batérie na báze lítia (Li-Ion, Li-Metal, Li-Polymer)

Analýzou vlastností rôznych typov batérií deklarovaných výrobcami možno rozlíšiť dve skupiny: vysokoenergetické (trakčné) batérie používané v „čistých“ elektrických vozidlách a vysokovýkonné (impulzné) batérie.

Špecifická energia batérií prvej skupiny dosahuje 35 Wh/kg pre olovené batérie; nikel-kadmium - 45 Wh / kg. Tieto batérie sa vyznačujú nízkou cenou, ale ich použitie výrazne znižuje výkon a obmedzuje rozsah EM.

Nikel-metal hydridové batérie sú perspektívne E m= 80 W∙h/kg, P m=200 W/kg, lítium-iónové batérie E m=140 W∙h/kg, P m=420 W/kg a ich verzia s polymérovým elektrolytom (Li-Polymer) E m=205 W∙h/kg, P m= 420 W/kg. Špecifické hodnoty energie sú uvedené pre 3-hodinový režim vybíjania a hodnoty výkonu zodpovedajú 30 s impulzu pri 80% nabití.

Uvedené špecifické vlastnosti batérií nestačia na porovnanie efektívnosti ich použitia na EM, preto je hlavným cieľom dizertačnej práce modelovať nestacionárne zaťaženie AB na EM, pre ktoré je navrhnutý model „čiernej skrinky“ s využitím klasického metódy plánovania experimentov.

Podľa študovaných parametrov (vstup a výstup) možno rozlíšiť tieto skupiny metód:

• 
  metódy na opis rodiny vybíjacích kriviek - závislosti U=f( ja, t) pri danej hodnote konštantnej teploty ( T= konšt.);
• 
  výpočet maximálnej doby vybíjania (kapacita batérie) v závislosti od vybíjacieho prúdu;
• 
  metódy zjednodušeného výpočtu nestacionárneho vypúšťania AB, t.j. vybíjanie s časovo premenlivým vybíjacím prúdom alebo spotrebou energie [ t m=f( ja), ja=var alebo t m=f(P) P=var];
• 
  určenie koncového momentu výboja AB pri danom prúde, čo sa využíva nielen pri simulácii EM, ale aj v riadiacom systéme AB priamo na palube EM;
• 
  komplexné metódy, ktoré určujú závislosti U=f( ja, t, T) a t m=f( ja).

Najznámejšia je metóda analytického popisu výtokových charakteristík AB, ktorú navrhol Shepherd. Táto metóda vám umožňuje opísať závislosť U= f( ja,t) ako:

Hlavnou nevýhodou metódy je, že koeficienty sa volia pre určitý rozsah výbojových prúdov a pri prekročení tohto rozsahu sa výrazne zvyšuje chyba aproximácie.

Jednou z najjednoduchších a najpresnejších metód na hodnotenie charakteristík AB, keď je zaťažený časovo premenlivým prúdom, je Hoxseyho metóda. Metóda je založená na Peukertovom vzťahu, ktorý určuje závislosť maximálnej kapacity batérie (doby vybíjania) od vybíjacieho prúdu

kde ja 1 , ja 2 … ja z sú hodnoty prúdov v sekciách výbojového grafu ja=f( t); t 1 , t 2 ...t z- doba vybíjania zodpovedajúcimi prúdmi ja 1 , ja 2 … ja z .

V tomto modeli aktuálny graf ja=f( t) predstavuje po častiach konštantnú funkciu rozdelenú na z sekcií. Peukertove koeficienty sú určené pre pracovný rozsah prúdov. Na vyriešenie Hoxseyho rovnice sa na určenie používa vyhľadávací algoritmus t m za predpokladu, že pravá strana rovnice sa rovná jednotke.

Uplatňuje sa túto metódu na výpočet elektrického vozidla, nastavenie ako počiatočný graf ja=f( t) zmena prúdu batérie v jazdnom cykle, môžete vypočítať maximálny počet cyklov, ktoré elektromobil vykoná, kým sa batéria úplne vybije N c =t m /t c, kde t c je trvanie jedného cyklu.

V práci bola na základe simulačného experimentu zhodnotená presnosť viacerých metód pre zjednodušený výpočet nestacionárneho zaťaženia AB pri pohybe EM v cykle SAE j 227C (tab. 1.) . Uvažovalo sa o EM s AB OPTIMA YellowTop D 1000 S (na EM bolo inštalovaných 10 sériovo zapojených AB s celkovou hmotnosťou 195 kg).

Výsledky výpočtu pohybu elektrického vozidla

Na základe výskumu realizovaného v dizertačnej práci pre modelovanie nestacionárneho zaťaženia AB pri rôznych režimoch a podmienkach EM pohybu sa navrhuje použiť hybridné analytické a simulačné modely založené na dekompozičnom prístupe, ktorý je založený na nasledujúcich axiómach: teória komplexných systémov: Hierarchia: ak  0 je podsystémom systému  a ( …) je mierou zložitosti, potom ( 0)(), t.j. subsystém nemôže byť zložitejší ako systém ako celok. Paralelné zapojenie: ak = 1  2 ….. k , t.j.  je paralelné pripojenie podsystémy , teda
. Sériové pripojenie: ak = 1 + 2 +…+ k , t.j.  je sériové spojenie podsystémov  i , potom () ( 1)+( 2)+... ( k). Spätná väzba (FC): ak existuje spätná väzba  z podsystému  2 do podsystému  1, potom ()( 1)+( 2)+( 2  1). Uvedené vlastnosti komplexného systému umožňujú možnosť zníženia jeho zdanlivej zložitosti spájaním jednotlivých premenných do podsystémov. Pri takomto rozklade je cieľom zjednodušiť analýzu systému, pretože ho považujeme za voľne prepojený súbor interagujúcich subsystémov.

V druhej kapitole je položená a vyriešená úloha formalizácie princípov konštrukcie simulačného modelu EM. Fungovanie je chápané ako proces zmeny svojho stavu v čase. Modelovanie procesu ako celku by malo zahŕňať model vozovky, modely interakcie kolesa s vozovkou, modely samotného stroja, prevodovky a iné, pričom všetky sú vzájomne prepojené a vnorené do seba (obr. 2.).

Predpokladá sa, že systém je súbor parametrov
(vlhkosť, uhol natočenia atď.). Každý parameter q preberám množinu číselných hodnôt( q i). Definujte pomocou stave proces ako celok, ako s j =, kde q i j ( q i). Proces Z sú tu štyri: Z=S, T, F,  >, kde S- stavový priestor; T- súbor časov zmeny stavu; F- fázová charakteristika procesu, definovaná ako premena stavu v čase F:T S,  - lineárny vzťah objednávky na T.

Časový interval pre modelovanie pohybu EM je [ t H, t K], kde
,
. Za predpokladu, že EM sa v určitých oblastiach správa pomerne jednotne, je možné celý proces rozložiť na podprocesy. Podproces existuje podmnožina procesu Z v časovom intervale [ t ja; t j]. Koncept podprocesu nám umožňuje považovať proces za postupnosť podprocesov. Na zabezpečenie správnosti popisov fungovania systému ako celku aj jeho komponentov sa zavádza množstvo operácií nad procesmi.

Proces Z 1 \u003d S 1, T 1 , F 1 ,  1 > predstavuje konvolúciu procesu Z, ak sa získa ako výsledok nasledujúcich transformácií: a) úplné rozdelenie intervalu definície procesu Z do n podintervalov [ j ,  j+1 ], kde j=1..n, a  1 = t H, n+1 = t Komu . Potom dostaneme rozdelenie procesu Z pre n podprocesov Z j(j=l..n); b) dať do súladu s každým čiastkovým procesom Z j jedna štátna hodnota od mnohých S 1 a jednorazovú hodnotu  j z intervalu [ j ,  j+1 ]. Operácia zametania je opakom operácie konvolúcie: procesu Z je procesné zametanie Z 1 . Proces Z 1 je projekcia procesu Z do súradnicového priestoru
(notácia
), ak Q 1 Q.

Nech sú dané procesy Z 1 =, T 1 , F 1,  1 > a Z 2 =, T 2 , F 2,  2 >. Proces Z=, T, F, > je spojenie procesov Z 1 a Z 2 (označenie Z=Z 1 Z 2) ak: S Q je spojenie medzier a
.

Zavedené operácie umožňujú vytvárať formalizovaný popis ako jednotlivých zložiek procesov (profil vozovky, dynamická zmena charakteristík dopravy a pod.), tak aj vzájomné pôsobenie zložiek celého systému.

Model pohybu EM zahŕňa komponenty uvedené nižšie.

Mechanický model

Sila odporu proti pohybu vytvára moment odporu na EM kolese, ktorý sa pri zohľadnení prevodových pomerov prevodovky privedie na hriadeľ motora, berúc do úvahy účinnosť prevodovky.

Teda moment odporu voči pohybu na hriadeli motora
kde r k – polomer valenia kolesa, m; i tr - prevodový pomer; tr - účinnosť prenosu.

Okrem toho musí model mechanickej časti zohľadňovať pohyb EM na úseku cesty so sklonom (stúpanie alebo klesanie) a odpor voči pohybu v dôsledku nerovnosti vozovky. Pri modelovaní pohybu EV v klesaniach treba brať do úvahy rekuperáciu brzdnej energie.

Model motora

Moment na hriadeli motora sa určuje na základe:

(5)

V simulačnom modeli elektromotora sa v každom kroku vypočíta celková strata výkonu na základe konštrukčných parametrov jednosmerného motora a voľnobežnej charakteristiky získanej počas testovania. E = f(ja c) pri konštantnej frekvencii otáčania hriadeľa motora.

Napriek tendencii používať asynchrónne motory alebo bezkontaktné motory s permanentnými magnetmi na EM ako trakčné motory, zváženie DCF zostáva najpohodlnejšie a úplne postačujúce pri riešení problémov EM simulácie na získanie obrazu zaťaženia AB.

Model riadiaceho systému

Regulácia napätia motora U D možno vykonať pomocou tyristorového riadiaceho zariadenia metódou regulácie šírky impulzu; počas pracovného cyklu   sa mení z 0 na 1:

(6)

Model režimu jazdy

Na základe experimentálnych pohybových plánov bola vyvinutá metóda vytvárania spôsobu pohybu náhodným výberom cyklov a ich náhodnou postupnosťou. Napodobnila sa tak neusporiadaná mestská doprava.

Pohybové režimy získané na základe experimentálnych údajov sa výrazne líšia od pohybových režimov v cykle SAE j 227 C, najmä pri výpočte pre skutočné režimy pohybom bola dosiahnutá nižšia merná spotreba energie (260 Wh/km) ako pri pohybe v cykle (390 Wh/km).

Model batérie

Na obr.3. je prezentovaný zjednodušený algoritmus, ktorý umožňuje určiť napätie batérie v každom kroku výpočtu v simulačnom modeli pohybu elektrického vozidla.

Tento prístup k výpočtu nestacionárneho výboja AB možno rozšíriť aj na popis nestacionárneho náboja, ktorý vzniká pri regeneratívnom brzdení.

Konečným cieľom vývoja modelu elektrického vozidla je určiť jeho výkon a charakteristiky batérie v danom jazdnom režime. Ako hlavné parametre boli brané:

• 
  najazdené kilometre (výkonová rezerva);
• 
  spotreba energie počas pohybu;
• 
  spotreba energie na jednotku koľaje a nosnosť;
• 
  špecifická energia dodávaná batériou.

• 
  parametre batérie a (alebo) zariadenia na ukladanie energie: skupina charakteristík dočasného vybíjania a nabíjania pre aktuálne hodnoty v prevádzkovom rozsahu pri konštantnej teplote, hmotnosť batériového modulu a doplnkového vybavenia, počet inštalovaných modulov, atď.;
• 
  parametre motora: menovitý prúd a napätie, odpor obvodu kotvy a budiaceho vinutia, konštrukčné údaje, charakteristika naprázdno a pod.;
• 
  parametre základného vozidla: celková hmotnosť, prevodové pomery prevodovky a rozvodovky, účinnosť prevodovky, moment zotrvačnosti a polomer valenia kolesa, koeficient odporu vzduchu, aerodynamický povrch, koeficient valivého odporu, nosnosť atď.;
• 
  parametre jazdného režimu.

Pri modelovaní pohybu EM v cykle SAE j 227 C boli výsledky získané s dátovou štruktúrou uvedenou v tabuľke 2.

Výsledky faktorovej analýzy (tab. 3.) ukázali, že už tri faktory určujú 97 % informácií, čo môže výrazne znížiť počet latentných faktorov a tým aj rozmer simulačného modelu.

Výsledky výpočtu hlavných ukazovateľov výkonu EM počas pretaktovania.

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	-

Výsledky faktorovej analýzy (tab. 3.) ukázali, že už tri faktory poskytujú 97 % informácií, čo môže výrazne znížiť počet latentných faktorov a tým aj rozmer simulačného modelu.

Na objasnenie analytickej prezentácie vybíjacích charakteristík AB 6EM-145, z ktorých je vytvorená batéria elektrického vozidla s celkovou hmotnosťou 3,5 tony a hmotnosťou batérie 700 kg, s cieľom študovať možnosť krátkodobého dobíjanie AB počas pracovnej zmeny a v dôsledku toho zvýšenie počtu najazdených kilometrov, bol vykonaný experiment na testovanie batérie 6EM-145 podľa špeciálneho programu. Experiment prebiehal 2 mesiace na 2 batériách 6EM-145.

Informativita abstraktných faktorov

1. 
   Nabíjanie dvojstupňovým prúdom 23A a 11,5A (odporúčané výrobcom batérie)
2. 
   Kontrolný výboj (podľa odporúčania výrobcu) prúdom 145A do minimálnej hodnoty napätia 9V.
3. 
   Nabíjajte až 20%, 50% a 80% stupňov nabitia s prúdmi 23,45 a 95A.
4. 
   Vybíjací prúd 145A do minimálnej hodnoty napätia 9V.

Výsledky viacnásobnej regresie pre takmer všetky závislé premenné ukázali štatisticky významné výsledky (korelačný koeficient bol rovný R\u003d 0,9989 a F- postoj F(2,6) = 1392,8). V dôsledku toho sa ukazuje možnosť legitímneho použitia lineárnych modelov.

Prvý stupeň zrýchlenia sa počíta pri hodnote magnetického toku F= F max= 0,0072 Wb a udržiavanie prúdu kotvy na konštantnej úrovni ja i = ja i1 = 250 A. Táto fáza začína v čase t= 0 a končí, keď sa pracovný cyklus rovná 1. Konštanty pre túto fázu zrýchlenia: prúd poľa ja v = a∙F max 3 + b∙F max 2 + c∙F max\u003d 10,68 A a napätie na budiacom vinutí U v = ja∙R ov

V súlade s princípom dvojzónovej regulácie je možné zvýšenie otáčok hriadeľa motora pri plnom napätí dosiahnuť oslabením magnetického poľa. Toto je implementované v elektronickom regulátore prúdu, ktorý riadi nezávislé budiace vinutie. Druhá fáza zrýchlenia začína v čase zodpovedajúcom  =1 a končí, keď elektrické vozidlo dosiahne nastavenú rýchlosť. počiatočné hodnoty V, n, U d a ďalšie sú výsledky výpočtu posledného kroku zrýchlenia pri plnom prietoku, kedy  =1.

Výsledky viacnásobnej regresie

Brzdenie elektrického vozidla môže byť mechanické alebo regeneratívne. Posledný krok v cykle začína v čase t= t a + t cr + t spol a končí, keď t= t a + t cr + t spol + t b. Brzdenie v cykle SAE j 227 C prebieha s konštantným spomalením, ktoré možno definovať ako: a= V vyberte /(3,6∙ t b) m/s2, kde V vyb - rýchlosť do konca dobehu, km/h

Simulačné experimenty uskutočnené v dizertačnej práci na odhade charakteristík pohybu EM ukázali, že podmienene nestacionárny náhodný proces charakteristík je dobre aproximovaný procesom s autokovariančnou funkciou tvaru:

kde r 1 (t) a r 2 (t) sa rovnajú:

D  =||cov( (t i ),  (t j ))||=||r(t i -t)||, i,j=0..-m - kovariančná matica histórie procesu v momentoch t i , t j ; r(t) - autokorelačná funkcia stacionárneho spôsobu pohybu.

V dizertačnej práci boli ako riadiace algoritmy pre EM režimy pohybu vybrané stochastické aproximačné algoritmy. Nechaj X vektorová premenná v R N, pre ktoré sú splnené tieto podmienky:

1. Každá kombinácia riadených parametrov X zodpovedá náhodnej premennej Y pohybové charakteristiky s matematickým očakávaním M Y(X).

2. M Y(X) má jediné maximum a druhé parciálne derivácie  2 M Y/x i x j sú obmedzené na celú oblasť zmeny režimov ovládania.

3. Sekvencie ( a k) a ( c k) spĺňať podmienky:

a) , b) , v) , G) .

(12)

5. Vektor  Y k zmien pohybových charakteristík sa určuje na základe implementácie náhodných hodnôt aktuálnych režimov X k podľa jedného z plánov P 1 , P 2 alebo P 3:

P 1 =[X k , X k+c k E 1 , . . . , X k+c k E ja, . . . , X k+c k E N ] T - centrálny plán;

P 2 =[X k+c k E 1 , X k -c k E 1 , . . . X k+c k E N, X k -c k E N ] T - symetrický plán;

P 3 =[X k , X k+c k E 1 , X k -c k E 1 , . . . X k+c k E N, X k -c k E N ] T .- plán so stredovým bodom, kde .

6. Rozptyl hodnotenia pohybových charakteristík  k 2 pre každú kombináciu režimov X k obmedzené  k 2  2
Výskum realizovaný v dizertačnej práci ukázal, že za vyššie uvedených podmienok je postupnosť zvolených režimov riadenia X k s pravdepodobnosťou 1 konverguje k optimálnym hodnotám.

V dôsledku vykonanej formalizácie je funkčným algoritmom riadeného simulačného modelu EM pohybu nasledujúca postupnosť akcií:

1. Počiatočné nastavenie modelu a výber počiatočných režimov pohybu X 0 , k=0.

2. S danou kombináciou režimov X k vo svojom miestnom susedstve podľa jedného z plánov P i (i=1,2,3) sú generované selektívne trajektórie pohybových charakteristík ( Xk,l ( t|s k)) l=1 L trvanie T každý zo spoločného počiatočného stavu s k .

3. Stredné integrálne odhady charakteristík sú vypočítané pre všetky l=1 …L so spoločným počiatočným stavom s k :

6. Nastavte počiatočný stav s k +1 nasledujúci kontrolný interval, rovný konečnému stavu jedného z procesov predchádzajúceho kroku.

7. V súlade s vybraným kritériom zastavenia sa vykoná prechod do bodu 2 alebo na koniec simulácie.

Vo štvrtej kapitole vyvinuté metódy a modely boli testované.

Pri výbere rozmerov batérie inštalovanej na EM sa na optimalizáciu pomeru medzi nosnosťou a počtom najazdených kilometrov elektrického vozidla používa koncept prepravnej práce A=G E ∙L t∙km, kde G E– nosnosť EM, t; L- rezerva chodu EM (počet najazdených kilometrov). Nosnosť EM G E =G 0 - m b / 1000 t, kde G 0 = G ALE – m– nosnosť podvozku určená nosnosťou základného vozidla G ALE vrátane hmotnosti  m, uvoľnené pri výmene spaľovacieho motora za elektrický pohonný systém, t; m b je hmotnosť zdroja energie, kg. Hodnota najazdených kilometrov L elektrické vozidlo sa vo všeobecnom prípade vypočíta podľa vzorca známeho z literatúry
km, kde E m - merná energia zdroja prúdu, W∙h/kg;  - merná spotreba energie počas pohybu, W∙h/km. V dôsledku toho pre prácu v doprave platí:

kde: koeficient
km/kg.

Na základe vyvinutého simulačného modelu bol výpočet pohybu EM vykonaný na základe vozidla GAZ 2705 "GAZelle" s nosnosťou G 0 = 1700 kg. Výpočet bol realizovaný pre zdroje zostavené z 10 sériovo zapojených batériových blokov OPTIMA D 1000 S. G ALE .

Výpočty boli vykonané pre pohyb v cykle S AE j 227 C a pre pohyb konštantnou rýchlosťou. Na obr.4. ukazuje teoretickú a získanú simuláciou závislosti prepravnej práce od hmotnosti batérie.

Podľa výsledkov výpočtu sa maximálna prepravná práca dosiahne s hmotnosťou batérií o niečo väčšou ako polovica nosnosti. Je to spôsobené zvýšením špecifickej energie E m zdroj prúdu so zvyšujúcou sa kapacitou.

Cyklus S AE j 227 C je jedným z najintenzívnejších testovacích cyklov, nonstop jazda naopak jedným z najľahších. Na základe toho možno predpokladať, že grafy zodpovedajúce medziľahlým režimom jazdy sa budú nachádzať v oblasti ohraničenej príslušnými krivkami a maximálna prepravná práca pri práci na batérii OPTIMA D1000S leží v rozmedzí od 920 do 926 kg.

Vo vyšetrovacej väzbe sú prezentované hlavné výsledky práce.

Aplikácia obsahuje doklady o použití výsledkov práce.

Hlavné závery a výsledky práce

1. 
   Vykonala sa klasifikácia AB a analýza známych metód na výpočet charakteristík AB. Uvádza sa posúdenie možnosti ich aplikácie pri modelovaní nestacionárneho nabíjania a vybíjania AB.
2. 
   Na základe výskumu realizovaného v dizertačnej práci pre modelovanie nestacionárneho zaťaženia AB v rôznych režimoch a podmienkach EM pohybu sa navrhuje použiť dekompozičný prístup, ktorý umožňuje integráciu hybridných analytických a simulačných modelov, vrátane modelov mechanickej časti, riadiaci systém, režimy pohybu a iné.
3. 
   Príspevok nastolil a vyriešil problém formalizácie princípov konštrukcie EM simulačného modelu pomocou procesného opisu objektov a komponentov systému, ktorý umožňuje simulovať nestacionárne režimy EM pohybu a ich vplyv na nestacionárne zaťažovacie charakteristiky EM. AB.
4. 
   Bola vykonaná faktorová analýza charakteristík pretaktovania, ktorá ukázala, že už tri faktory vysvetľujú 97 % informácií. To umožnilo výrazne znížiť počet latentných faktorov modelu a tým aj rozmer simulačného modelu.
5. 
   Technika vykonávania experimentu na komparatívna analýza charakteristiky vybíjania batérií a boli vykonané experimenty. Získané experimentálne dáta ukázali, že pre takmer všetky závislé premenné je legitímne použiť lineárne modely.
6. 
   Simulačné experimenty uskutočnené na posúdenie charakteristík pohybu EM ukázali, že nestacionárny náhodný proces charakteristík je dobre aproximovaný procesom s hyperexponenciálnou autokovariančnou funkciou. Analytické výrazy sa získavajú na opis charakteristík podmienene nestacionárneho procesu.
7. 
   Na riešenie optimalizačných problémov na simulačnom modeli sa ako riadiace algoritmy vyberajú stochastické aproximačné algoritmy, ktoré poskytujú vysoká rýchlosť konvergencia v podmienkach veľkých rozptylov pohybových charakteristík.
8. 
   Bol vyvinutý softvérový simulačný komplex, ktorý bol zavedený do praxe v mnohých podnikoch a využíva sa aj vo vzdelávacom procese na MADI (STU).

Publikácie na tému dizertačnej práce

1. 
   Ioanesyan A.V. Metódy výpočtu charakteristík batérií pre elektrické vozidlá / E.I. Surin, A.V. -M., 2003. - S.29-36.
2. 
   Ioanesyan A.V. Metódy na určenie konca vybitia a nabitia batérie na elektrickom aute / Ioanesyan A.V. // Elektrotechnika a elektrické zariadenia dopravy. - M.: 2006, č. 6 - s. 34-37.
3. 
   Ioanesyan A.V. Základné parametre batérií pre elektromobily / A.V. Ioanesyan // Metódy a modely aplikovanej informatiky: Interuniversity Sat. vedecký tr. MADI (GTU). - M., 2009. - S.121-127.
4. 
   Ioanesyan A.V. Model mechanickej časti elektromobilu / A.V. Ioanesyan // Metódy a modely aplikovanej informatiky: Interuniversity Sat. vedecký tr. MADI (GTU). - M., 2009. - S.94-99.
5. 
   Ioanesyan A.V. Generalizovaný simulačný model pohybu elektromobilu / A.V. Ioanesyan // Princípy konštrukcie a vlastnosti použitia mechatronických systémov: Sat. vedecký tr. MADI (GTU). - M., 2009. - S.4-9.
6. 
   Ioanesyan A.V. Modely nestacionárnych procesov pohybu elektrických vozidiel / A.V. Ioanesyan // Princípy konštrukcie a vlastnosti použitia mechatronických systémov: Sat. vedecký tr. MADI (GTU). - M., 2009. - S.10-18.