Дослідження енергоефективності приводу електричних транспортних засобів з автономним живленням в залежності від конфігурації джерела

The electric vehicle with an independent power supply is the object of this research. At present, such vehicles are becoming more popular in the automobile market, pushing out their rivals with internal combustion engines, owing to their superior energy efficiency. The advantage over the internal combustion engine vehicles being obvious, the efficiency of electric vehicles is still considerably low in comparison to other electric devices. The problem that causes these limitations lies in the power supply – li-ion accumulator – which has high impedance.In order to solve this disadvantage, the system with an ultracapacitor battery connected in parallel to the accumulator was considered using an example of the electric scooter drive with a squirrel-caged induction motor. Ultracapacitors have significantly lesser impedance than accumulators, thus they carry with themselves most of instant load during acceleration and braking when a power source supplies the highest currents.Our study has shown that this configuration improves energy efficiency of the electric vehicles. Moreover, there is an optimal amount of ultracapacitor capacitance for achieving the best efficiency (the lowest energy consumption). This follows from the fact that an ultracapacitor battery is a rather heavy object; a significant increase in its capacitance leads to the increased vehicle weight and thus enhances energy consumption. An additional modernized system of supply was considered at which ultracapacitor’s charging is accelerated during vehicle stops. Such a system has made it possible to improve the results and decrease energy consumption even larger.Compared to previous studies, this research demonstrates the importance of correct choice of ultracapacitor capacitance and supply distribution system. The existence of the optimum point has been proven; the difference of energy consumption at this point has been demonstrated in numbers.Объектом данного исследования является электрический транспорт с автономным источником питания. На сегодняшний день подобные транспортные средства занимают все большую нишу на автомобильном рынке, вытесняя своих конкурентов с двигателем внутреннего сгорания за счет более высокой энергетической эффективности. И хотя это преимущество над транспортом с двигателем внутреннего сгорания очевидно, с точки зрения электрических систем КПД электромобилей остается довольно невысоким. Проблемным местом, которое накладывает эти ограничения, является источник питания – литий-ионный аккумулятор – который имеет значительное внутреннее сопротивление.Для устранения этого недостатка на примере привода электроскутера с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором исследовалась схема с подключением параллельно к аккумулятору батареи суперконденсаторов. Суперконденсаторы имеют значительно меньше внутреннее сопротивление и поэтому берут на себя основную мгновенную нагрузку при переходных процессах: разгоне и торможении, когда через источник протекают максимальные токи.Исследования показали, что подобная конфигурация действительно улучшает энергетическую эффективность транспортных средств. Причем существует оптимальное значение требуемой ёмкости суперконденсатора для достижения наибольшей эффективности (наименьшего потребления энергии). Это связано с тем, что батарея суперконденсаторов является довольно габаритным объектом и существенное увеличение её ёмкости приводит к увеличению массы транспортного средства и соответственно к увеличению потребления энергии. Дополнительно была исследована улучшенная система питания, в которой суперконденсатор ускоренно заряжается во время пауз движения транспортного средства. Она позволила улучшить уже полученные результаты и еще уменьшить потребление электрической энергии.По сравнению с проведенными ранее исследованиями, в текущем было показано важность правильного выбора ёмкости суперконденсаторов и системы контроля питания. Было доказано наличие точки оптимума и численно продемонстрирована разница показателей потребления энергии в этой и в других точках.Об’єктом даного дослідження є електричний транспортний засіб з автономним джерелом живлення. На сьогодні подібні транспортні засоби займають все більшу нішу на автомобільному ринку, витісняючи своїх конкурентів з двигуном внутрішнього згорання за рахунок вищої енергетичної ефективності. І хоча ця перевага над транспортом з двигуном внутрішнього згорання є очевидною, з точки зору електричних систем ККД електромобілів залишається доволі невисоким. Проблемним місцем, яке накладає ці обмеження, є джерело живлення – літій-іонний акумулятор – який має значний внутрішній опір.Для усунення цього недоліку на прикладі приводу електроскутера з асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором досліджувалась схема з підключенням паралельно до акумулятора батареї суперконденсаторів. Суперконденсатори мають значно менший внутрішній опір і тому беруть на себе основне миттєве навантаження при перехідних процесах: розгоні та гальмуванні, коли через джерело протікають найбільші струми.Дослідження показали, що подібна конфігурація покращує енергетичну ефективність транспортних засобів. Причому існує оптимальне значення необхідної ємності суперконденсатора для досягнення найбільшої ефективності (найменшого споживання енергії). Це пов’язано з тим, що батарея суперконденсаторів є доволі габаритним об’єктом і суттєве збільшення ємності призводить до збільшення маси транспортного засобу і відповідно до збільшення споживання енергії. Додатково була досліджена покращена система живлення, в якій суперконденсатор пришвидшено заряджається під час пауз руху транспортного засобу. Вона дозволила покращити вже отримані результати, ще зменшивши споживання електричної енергії.У порівнянні з проведеними раніше дослідженням було показано важливість правильного вибору ємності суперконденсаторів та системи контролю живлення. Була доведена наявність точки оптимуму та чисельно продемонстрована різниця показників споживання енергії в цій та в інших точках