Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0156

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0156
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)"
Название доклада
Разработка и реализация полного технологического цикла по конвертации автотранспортных средств в электромобили с перспективными тягово-динамическими характеристиками и показателями экологической безопасности
Докладчик
Ютт Владимир Евсеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
3. 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.
Актуальность и новизна исследования
Возрастающее потребление ископаемых природных ресурсов и экологические загрязнения являются одними из основных проблем автотранспортного комплекса (АТК). Особенно остро проблемы, связанные с загрязнением воздушной среды, касаются крупных городов и мегаполисов. Указанные негативные факторы усугубляются уровнем автомобилизации и перегруженностью транспортной инфраструктуры. На фоне данных проблем актуальным является использование экологически чистых и эффективных электрических транспортных средств. Указанные аспекты определяют актуальность настоящего проекта.
Конвертация (переоборудование) обычных автомобилей в электромобили, в сравнении с разработкой электромобиля «с нуля», является экономически более выгодным мероприятием и, в дополнение, может служить основой для повышения энергетической эффективности и экологической безопасности АТК.
В рамках данной работы предложен рациональный состав, техническое исполнение и характеристики основных компонентов системы тягово-энергетического оборудования экспериментального образца электромобиля, конвертируемого на базе автомобиля традиционной конструкции. В ходе работ предложено концептуальное техническое решение по исполнению тяговой аккумуляторной батареи электромобиля, защищенное патентом РФ. Поданы заявки на выдачу патента на полезные модели в области устройств управления электрическими машинами переменного тока и заряда тяговых батарей.
В ходе проекта разработаны новые средства математического моделирования и расчетных исследований, отличающиеся универсальностью в отношении состава и характеристик компонентов системы тягово-энергетического оборудования электромобилей
Описание исследования

Настоящее исследование нацелено на разработку и реализацию эффективных технических решений по модернизации существующего автопарка, главным образом, городского автомобильного транспорта для пассажирских перевозок, в том числе маршрутных транспортных средств и такси, а также автотранспортных средств муниципальных и коммунальных служб. 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.

Методологическая основа исследований базируется на:
- анализе современных отечественных и зарубежных научно-технических источников по проблеме прикладных научных исследований и экспериментальных разработок;
- проведении аналитических и патентных исследований;
- проведения теоретических и расчетных исследований, в том числе с использованием разработанных математических моделей и математического моделирования;
- разработке средств для осуществления экспериментальных исследований, в том числе экспериментального образца электромобиля, конвертированного на базе легкового автомобиля традиционной конструкции;
- проведения стендовых экспериментальных исследований и испытаний в реальных дорожных условиях; 
- анализе полученных результатов и подготовке технической документации.

Объектом прикладных исследований и экспериментальных разработок (ПНИЭР) является электромобиль, конвертированный на базе традиционного транспортного средства на основе двигателя внутреннего сгорания.

Экспериментальный образец (ЭО) электромобиля, конвертированного (ЭМК) на базе легкового автомобиля, представляет собой:
-    объект реализации полного технологического цикла по конвертации транспортных средств традиционной конструкции в электромобили, отличающиеся высокими тягово-динамическими характеристиками и показателями экологической безопасности;
-    объект применения результатов теоретических исследований и разработанных технических решений, полученных в ходе ПНИЭР, отражающий их практическую реализацию;
-    объект и средство проведения экспериментальных исследований и испытаний;
-    образец действующего электромобиля – электрического транспортного средства, являющегося средством передвижения и осуществления пассажирских перевозок, отвечающего перспективным нормам и требованиям по выбросам вредных веществ в атмосферу.

Дополнительные показатели назначения и функциональное предназначение экспериментального образца электромобиля:
-    средство формирования/привлечения внимания со стороны конечных потребителей, в том числе частного сектора экономики к результатам исследований;
-    средство для актуализации проблем экологии и сохранения природных ресурсов;
-    средство демонстрации технологических возможностей исполнителя проекта и индустриального партнера для дальнейшего коммерческого развития проекта;
-    средство решения образовательных целей, в том числе лабораторно-практическая база для проведения учебных занятий в рамках подготовки магистров и бакалавров по транспортным и электротехническим специальностям.

В ходе проекта осуществляется разработка и изготовление компонентов системы тягового электрооборудования электромобиля, в том числе:
- тягового преобразователя напряжения, отличающегося высокими показателями энергетической эффективности, оптимизированными массогабаритными показателями, модульной конструкцией и соответствующего условиям импортозамещения и внедрения отечественных разработок в реальный сектор экономики;
- унифицированного аккумуляторного модуля тяговой батареи с интегрированной системой охлаждения и контроля состояния аккумуляторов;
- вспомогательных бортовых устройств и компонентов.

Реализация разработанных технических решений направлена на замещение компонентов тягового электрооборудования зарубежных фирм, используемых в настоящее время для электромобильного транспорта в Российской Федерации.

Результаты исследования

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 (ТС) после конвертации.

2.  Определена и обоснована совокупность основных параметров системы тягового электрооборудования (СТЭО) конвертируемого электромобиля (ЭМ). 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. Проведены теоретические исследования по организации оптимизированной работы основных компонентов системы тягового и автомобильного оборудования ЭМ. Сделан вывод о рациональности формирования тягового источника тока конвертируемого ЭМ на основе отельных функционально законченных модулей батареи, включающих в своем составе не более десяти последовательно соединенных аккумуляторов, а также интегрированную систему охлаждения.

4. Разработаны предложения по сохранению и обеспечению нормальной работы штатных систем автомобиля в условиях, обусловленных демонтажем ДВС.

5. Разработаны требования к функциональности и техническому оснащению электромобиля, конвертируемого на базе традиционного ТС. Определен необходимый состав и функциональные характеристики основных компонентов СТЭО, в том числе тяговой электрической машины, тягового преобразователя напряжения, устройства силовой коммутации, тяговой аккумуляторной батареи. Разработаны базовые требования к показателям назначения и функциональности указанного оборудования в составе СТЭО.

6. Разработана и обоснована математическая модель электромобиля для исследования энергетических показателей и характеристик основных компонентов силовой установки, включающая подмодели основных компонентов, в том числе модели тяговой электрической машины, устройств преобразования энергии и управления, тягового источника тока. 

7. Проведены расчетные исследования и компьютерное моделирование характеристик электромобиля в условиях, описывающих городские и загородные режимы движения, выполнен тягово-энергетический расчет экспериментального образца электромобиля. В результате расчетных исследований установлены рациональные параметры и характеристики безредукторной силовой установки конвертируемого электромобиля.

8. Разработана эскизная конструкторская документация (ЭКД) для изготовления экспериментального образца ЭМ. Изготовлен экспериментальный образец ЭМ, конвертированного на базе легкового автомобиля. Экспериментальный образец отвечает следующим характеристикам: силовая установка - безредукторная (без использования коробки перемены передач); максимальный развиваемый момент тягового электродвигателя-генератора (ТЭД) – 700 Нм, максимальная мощность ТЭД – не менее 140 кВт; запас энергии (максимальный) тягового источника тока – 32 кВтч; номинальное напряжение тягового источника тока 360 В

Практическая значимость исследования
Результаты проекта могут быть использованы:
- при выполнении работ, связанных с разработкой и созданием транспортных средств (ТС), 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 ТС традиционной конструкции в электромобили согласно существующим потребностям рынка, изготовлению электромобилей на базе ранее не эксплуатируемых ТС, 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, базу для сотрудничества с иностранными автопроизводителями с целью последующего увеличения доли отечественного вклада в производство ТС зарубежных брендов.
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 ТС зарубежных брендов в РФ по методу промышленной сборки.
Постер

14.577.21.0156.ppt