Новиков Евгений Валерьевич. Повышение надежности транспортных электрохимических генераторов при использовании суперконденсаторов

brief description

Новиков Евгений Валерьевич. Повышение надежности транспортных электрохимических генераторов при использовании суперконденсаторов : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.03 Москва, 2006 175 с. РГБ ОД, 61:07-5/1503

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский государственный агроинженерный университет
имени В.П. Горячкина
На правах рукописи
НОВИКОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ
УДК 621.373.003.12
Повышение надежности транспортных
электрохимических генераторов при использовании
суперконденсаторов
Специальность 05.20.03 - Технологии и средства обслуживания в
сельском хозяйстве
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
Д.т.н., профессор Дидманидзе О.Н.
Сокращения 5
Введение 6
Глава 1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 22
1.1 Тенденции развития малозагрязняющих транспортных средств 22
1.1.1 Историческое развитие электромобилей 22
1.1.2 Оценка влияния доли транспорта на загрязнение окружающей
среды 23
1.1.3 Оценка эффективности использование энергии электромобилем 27
1.1.4 Современные концепции развития электромобилестроения 34
1.2 Опыт использования комбинированных энергоустановок на тягово-транспортных средствах 39
1.3 Опыт использования суперконденсаторов на тягово-транспортных
средствах 50
1.4 Опыт использования ЭХГ на транспорте 58
1.5 Сравнение ЭХГ с ДВС для транспортных и передвижных установок.....67
1.6 Технологии энергосбережения и проектирования 72
1.7 Цели и задачи исследования 74
Глава 2. Анализ характеристик электрохимического генератора и суперконденсатора для использования в комбинированных
энергоустановках тягово-транспортных средств 77
2.1 Характеристики электрохимического генератора 77
2.1.1 Напряжение и вольтамперная характеристика топливного элемента....77
2.1.2 Основные характеристики топливных элементов 84
2.1.3 Основные системы ЭХГ 93
2.1.4 Основные параметры ЭХГ 101
2.1.5 Оптимизация напряжения элементов в ЭХГ 110
2.2 Характеристика суперконденсатора 113
2.2.1 Общие сведения 113
2.2.2 Статические энергетические потери 115
2.2.3 Динамические энергетические потери 115
2.3 Комплекс электрохимического генератора с накопителем энергии в
качестве преобразователя мощности 120
2.4. Выводы по главе 3 120
Глава 3. Математическое моделирование переходных процессов при совместном функционировании электрохимического генератора с суперконденсатором на тягово-транспортном средстве 123
3.1 Математическое описание процесса заряда суперконденсатора от электрохимического генератора и разгона тягово-транспортного средства. 123
3.2 Расчет процессов в системе электропривода
3.2.1 Система электропривода с ЭХГ и суперконденсатором 126
3.2.2 Система электропривода с электрохимическим генератором 131
3.2.3 Система электропривода с суперконденсатором 132
Ґ
3.3 Расчет параметров суперконденсатора и электрохимического
генератора 133
3.4 Процесс заряда суперконденсатора при регенеративном торможении.. 137
3.5 Принцип функционирования системы накопления совместно с
первичным источником энергии 139
3.6 Выводы по главе 3 144
ГЛАВА 4. Моделирование и экспериментальное исследование гибридного тягово-транспортного средства на базе разработанной
математической модели 145
4.1 Алгоритм работы комбинированной энергоустановки 145
4.2 Моделирование работы гибридного тягово-транспортного средства в
режимах ездового цикла 148
4.2.1 Определение параметров суперконденсаторов 148
4.3. Выводы по главе 4 155
з
Глава 5. Экономическая эффективность совместного использования электрохимического генератора и суперконденсатора в тяговом
электроприводе 156
5.1 Составляющие факторы экономической эффективности 156
5.2 Годовая экономическая эффективность в эксплуатации 157
5.3 Технико-экономическая эффективность в народном хозяйстве 158
5.4 Годовая эффективность за счет улучшения экологии 158
5.5 Экономическая эффективность на заводе 159
5.3 Выводы по главе 5 164
Общие выводы 165
ЛИТЕРАТУРА 166
АБ - аккумуляторная батарея
ДПТ - двигатель постоянного тока
ИКЭ - импульсный конденсатор энергоемкий
КЭУ - комбинированная энергоустановка
СТЭП - система тягового электропривода
САР - система автоматического регулирования
ТЭ - топливный элемент
ТТС - тягово-транспортное средство
ТЭД - тяговый электродвигатель
ТЭП - тяговый электропривод
ЭХГ - электрохимический генератор

bibliography

Общие выводы
1. В результате теоретического и экспериментального исследования даны рекомендации по увеличению срока службы ЭХГ на 30% при использовании суперконденсаторов в разработанной системе тягового электропривода.
2. Разработаны электрические схемы подключения суперконденсатора к ЭХГ.
3. Представлен баланс потребной мощности энергоисточника. Показана возможность повышения мощности ЭХГ на 40% за счет использования суперконденсатора. Разработана методика обоснования емкости суперконденсатора.
4. Установлено, что в совместной работе ЭХГ и суперконденсатора, основная нагрузка - 70-80% в течение первых 2-5 секунд разгона ТТС падает на суперконденсатор.
5. Применение в системе тягового электропривод суперконденсатора позволит применять ЭХГ уменьшенной мощности в 1,5 - 2 раза.
6. Экономический эффект от внедрения проектных предложений серийно, составит:
- в эксплуатации 1,1 млн. USD;
- в народном хозяйстве за счет улучшения экологии 8,05 млн. USD