Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и реализация полного технологического цикла по конвертации автотранспортных средств в электромобили с перспективными тягово-динамическими характеристиками и показателями экологической безопасности

Номер контракта: 14.577.21.0156

Руководитель: Ютт Владимир Евсеевич

Должность: Заведующий кафедрой "Электротехника и электрооборудование"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
электромобиль, транспортное средство, электрический привод, система тягового электрооборудования, аккумуляторная батарея, силовая установка, энергетическая система, экологическая безопасность, тягово-динамические характеристики, экспериментальный образец, конвертация

Цель проекта:
1.Реализация проекта направлена на решение проблемы негативного воздействия различными видами транспорта на окружающую среду и сохранения невозобновляемых природных ресурсов. 2. Целью реализуемого проекта является: - Обеспечение снижения негативного воздействия различными видами транспорта на окружающую среду, выполнение действующих и перспективных норм по выбросам вредных веществ. - Разработка технических решений для повышения энергетической эффективности и экологической безопасности находящихся в эксплуатации автотранспортных средств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). - Разработка и реализация полного технологического цикла по конвертации транспортных средств (ТС) традиционной конструкции в электромобили (ЭМ), отвечающие перспективным тягово-динамическим характеристикам и показателям экологической безопасности. - Разработка и изготовление экспериментального образца электромобиля, конвертированного на базе легкового автомобиля и отличающегося высокими тягово-динамическими характеристиками, оптимизированными эксплуатационными показателями, а также перспективностью в отношении дальнейшего коммерческого развития проекта и формирования/привлечения внимания со стороны конечных потребителей, в том числе частного сектора экономики.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате проекта будут созданы экономически эффективные технические решения по структуре, составу и характеристикам силовых установок конвертируемых электромобилей, отвечающих современным тенденциям развития данной области и соответствующих мировому уровню. Основные результаты проекта:
- Концепция полного технологического цикла по конвертации транспортных средств традиционной конструкции в электромобили, отвечающие перспективным тягово-динамическим характеристикам и показателям экологической безопасности.
- Математическая модель электромобиля для исследования энергетических показателей и характеристик основных компонентов силовой установки.
- Компоненты системы тягового электрооборудования электромобиля, в том числе тяговый преобразователь напряжения (инвертор) и унифицированный аккумуляторный модуль.
- Экспериментальный образец электромобиля, конвертированного на базе легкового автомобиля.
- Результаты экспериментальных исследований экспериментального образца электромобиля на динамометрическом стенде и в реальных дорожных условиях.
- Технологическая документация по конвертации традиционного транспортного средства с полной массой до 3,5 т в электромобиль.
Реализация проекта позволит осуществить комплекс мер, направленных на разработку, внедрение и эксплуатацию экологически чистых и энергетически эффективных транспортных средств – электромобилей, а также способствовать интеграции отечественных разработок в сферу производства транспортных средств зарубежных брендов на территории Российской Федерации.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
- Базу концепции полного технологического цикла по конвертации составляют основные принципы, являющиеся основой формирования оптимизированного состава и рационального выбора характеристик силовых агрегатов СТЭО перспективного электромобиля. При этом полный технологический цикл по конвертации транспортного средства традиционной конструкции в электромобиль условно разделен на стадии конвертации, каждая стадия на отдельные этапы конвертации, а каждый этап на осуществляемые в рамках этапа работы и производственные операции.
- Экспериментальный образец электромобиля, конвертированного на базе легкового автомобиля, отражающий практическую реализацию разработанных в ходе ПНИЭР технических решений, предназначен для их экспериментальной оценки, служит объектом внедрения новых разработок и реализации полного технологического цикла по конвертации транспортных средств в электромобили. Экспериментальный образец электромобиля должен отличаться презентабельностью в отношении дальнейшего коммерческого развития проекта и формирования/привлечения внимания со стороны молодежи, конечных потребителей, в том числе частного сектора экономики.
- Технологическая документация, полученная в результате проекта, должна содержать сводную информацию с описанием технологического цикла по конвертации традиционного АТС с полной массой до 3,5 т в электромобиль и предназначена для использования в качестве руководящего материала при конвертации автомобилей в электромобили, в том числе в рамках реализации программ по модернизации существующего автопарка муниципальных служб и городских автоперевозок.
- Компоненты системы тягового электрооборудования электромобиля, в том числе тяговый преобразователь напряжения (инвертор), отличающийся высокими показателями энергетической эффективности, оптимизированными массогабаритными показателями, модульной конструкцией, соответствующий условиям импортозамещения и внедрению отечественных разработок в реальный сектор экономики, а также унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи. Основные технические характеристики тягового инвертора: максимальная мощность - не менее 150 кВт; номинальное входное напряжение 400 В; тип тяговой электрической машины - бесконтактная переменного тока; тип охлаждения - жидкостное; масса и габаритные размеры - минимизированные.
Унифицированный аккумуляторный модуль тяговой батареи: номинальное напряжение 37,5 В; номинальная емкость - не менее 40 Ач; встроенная система охлаждения и контроля состояния аккумуляторов.
Реализация разработанных технических решений направлена на замещение компонентов тягового электрооборудования зарубежных фирм, широко используемых в настоящее время для электромобильного транспорта.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта могут быть использованы:
- при выполнении работ, связанных с разработкой и созданием транспортных средств, отличающихся высокими тягово-динамическими характеристиками и показателями экологической безопасности, в том числе электромобилей и гибридных автомобилей, как вновь разрабатываемых, так и конвертируемых на базе автомобилей традиционной конструкции;
- для решения задач по модернизации автотранспортного комплекса, отвечающего перспективным требованиям по сохранению невозобновляемых природных ресурсов и улучшению экологической ситуации в масштабе крупных городов;
- для организации сети специализированных центров по переоборудованию транспортных средств традиционной конструкции в электромобили согласно существующим потребностям рынка, изготовлению электромобилей на базе ранее не эксплуатируемых транспортных средств, в том числе по заказу автопроизводителей и в рамках номенклатурного ряда автомобилей последних;
- формирование на конкретном примере, соответствующем современному уровню производимых в РФ автомобилей, в том числе изготавливаемых по принципу промышленной сборки («Автотор», «Соллерс», «ПСМА рус»), базу для сотрудничества с иностранными автопроизводителями с целью последующего увеличения доли отечественного вклада в производство транспортных средств зарубежных брендов;
- в качестве научного задела, а также при формировании задач на выполнение работ по дальнейшему развитию и совершенствованию экологически чистого транспорта;
- для развития перспективных технологий в области тягового электропривода транспортных средств, в том числе электромобилей и гибридных автомобилей;
- при выполнении прикладных НИОКР в рамках направлений, поддерживаемых Технологической платформой «Экологически чистый транспорт «Зеленый автомобиль»;
- для модернизации образовательных программ высшего профессионального образования.
Эффекты от внедрения результатов проекта:
- Снижение потребления и сохранение невозобновляемых природных ресурсов.
- Снижение негативного воздействия ТС на окружающую среду, здоровье и жизнедеятельность людей.
- Совершенствование и дальнейшее развитие технологий в области перспективных ТС.
- Снижение расходов на модернизацию существующего автотранспортного комплекса.
- Увеличение доли отечественного влияния и разработок в сфере производства транспортных средств зарубежных брендов в РФ по методу промышленной сборки.
- Повышение качества образования за счет внедрения результатов проекта в образовательный процесс.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана концепция полного технологического цикла по конвертации транспортных средств традиционной конструкции в электромобили, отвечающие перспективным тягово-динамическим характеристикам и показателям экологической безопасности. При этом определена последовательность стадий и этапов, а также осуществляемых в рамках этапа работ и производственных операций. Сформулированы базовые принципы конвертации, ключевым из которых является принцип сохранения тягово-динамических характеристик базового транспортного средства после конвертации.
2. Определена и обоснована совокупность основных параметров системы тягового электрооборудования (СТЭО) конвертируемого электромобиля. С целью оптимизированного выбора характеристик тяговой электрической машины в составе СТЭО предложен коэффициент тягово-динамического соответствия конвертируемого электромобиля базовому ТС, позволяющий дать количественную оценку эффективности принятых технический решений и соблюдению базовых принципов конвертации.
3. Определен оптимальный вариант СТЭО конвертируемого электромобиля, включающий три группы бортового электрооборудования: трехфазного переменного напряжения, высокого (400 В) и низкого (12 В) постоянного напряжения. Отличительной чертой СТЭО является использование высоковольтных устройств системы отопления и кондиционирования воздуха.
4. Проведены теоретические исследования по организации оптимизированной работы основных компонентов системы тягового и автомобильного оборудования ЭМ. Сделан вывод о рациональности формирования тягового источника тока конвертируемого электромобиля на основе отельных функционально законченных модулей батареи, включающих в своем составе не более десяти последовательно соединенных аккумуляторов, а также интегрированную систему охлаждения. Предложенное концептуальное техническое решение по исполнению унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи ЭМ. Подана заявка на полезную модель. Применение цилиндрических или призматических аккумуляторов в составе отдельных модулей позволит оптимизировать их размещение и установку в ограниченном пространстве базового ТС, обеспечить необходимую электробезопасность работы с модулями за счет сниженного значения максимального напряжения единичного модуля.
5. Проведены теоретические исследования вопросов, связанных с эксплуатацией высоковольтного тягового источника энергии на борту ТС, в том числе в отношении управления и контроля режимов работы системы аккумулирования электрической энергии. В том числе: определен ряд основополагающих стандартов, руководство которыми является залогом соответствия результатов работы разработкам мирового уровня; вы-делено значение системы контроля состояния тягового источника тока, которое позволит обеспечить номинальные режимы эксплуатации наиболее дорогостоящих и требовательных компонентов СТЭО - аккумуляторов.
6. Разработаны предложения по сохранению и обеспечению нормальной работы штатных систем автомобиля в условиях, обусловленных демонтажем ДВС. Предложены к использованию устройства, являющиеся неотъемлемым условием обеспечения сохранения основных систем базового автомобиля.
7. Разработаны требования к функциональности и техническому оснащению электромобиля, конвертируемого на базе традиционного транспортного средства, в том числе требования к системе тягового электрооборудования и вспомогательным системам.
8. Разработана математическая модель электромобиля для исследования энергетических показателей и характеристик основных компонентов силовой установки, включающей подмодели основных компонентов, в том числе модели тяговой электрической машины (асинхронной с короткозамкнутым ротором и синхронной с возбуждением от постоянных магнитов), устройств преобразования энергии и управления, тягового источника тока, механической трансмиссии.
Полученные результаты отличаются новизной и отражают современные тенденции в области разработки и создания перспективных транспортных средств.