Исследование ученых Томского политеха поможет понять, как проектировать двигатели с высоким КПД для электромобилей
100
С ее помощью можно проводить оптимальное преобразование электрической энергии в механическую.
Переход на использование электричества для транспорта — тренд современного автомобилестроения. Наиболее перспективным видом электромобилей являются электромобили, работающие на литий-ионном аккумуляторе. Для развития этого направления перед разработчиками стоят две задачи: повышение емкости аккумуляторных батарей и рациональное использование имеющихся запасов энергии путем снижения потерь и повышения КПД транспортного средства.
Ученые Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха совместно с коллегами из Новосибирска разработали для проведения необходимых расчетов аналитическую математическую модель. Она описывает механический силовой и энергетический баланс, возникающий в результате преобразования электрической энергии в механическую, и наоборот.
«Отличительная черта приведенной модели заключается в том, что силы находятся на основе баланса, поступающего на зажимы преобразователя мощности. Такой подход позволяет проводить необходимые расчеты без специальных вычислительных мощностей и получать результаты с высокой точностью. Используя условие независимости переменных, описывающих состояние электромеханического преобразователя энергии, мы смогли упростить вывод уравнений баланса энергии и получить на его основе выражения для сил, возникающих в результате взаимодействия токов как с магнитным, так и электрическим полем», — рассказывает доцент отделения материаловедения ТПУ Никита Мартюшев.
В рамках исследования ученые смоделировали типовые циклы движения электромобиля, которые характерны для разных стран для определения запаса хода. При составлении модели учитывался широкий спектр параметров: циклы ускорений, условия работы аккумулятора, энергетические затраты на поездку с учетом энергии восстановления, в том числе при экстремальных тяговых нагрузках.
«По результатам моделирования мы определили, что низкая динамика позволяет обеспечить больший запас хода электромобиля, однако реальная городская эксплуатация электромобиля требует большей динамики. При этом современный измерительный цикл обеспечивает достаточный запас хода. Это связано с тем, что частые торможения, характерные для городского трафика, дают значительный возврат электроэнергии в батарею», — подчеркивает Никита Мартюшев.
Также ученые произвели оценку ресурса тяговой батареи и определили оптимальный тип литий-ионной батареи для электромобиля. Она продлевает ресурс до 500 тыс. км пробега транспортного средства.
На основе этих данных исследователи смогут получить метод определения оптимальных энергоэффективных режимов движения электромобилей, в том числе беспилотных. В перспективе это позволит сэкономить затраты на перевозку пассажиров и грузов, а также на разработку большегрузных электромобилей.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Mathematics (Q1; IF:2,592).