Ученые ТПУ помогут проектировать для электромобилей двигатели с высоким КПД
Математическую модель для анализа производительности двигателей электромобиля с учетом различных циклов езды разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ) с коллегами из Новосибирского государственного технического университета, 7 июля сообщает пресс-служба ТПУ.
Модель сибирских ученых позволяет проводить оптимальное преобразование электрической энергии в механическую, что может быть использовано разработчиками электромобилей для проектирования электродвигателей с высоким КПД.
Результаты исследования модели ученые представили в статье «Математическое моделирование характеристик электромобиля с учетом различных ездовых циклов», опубликованной в журнале Mathematics (Q1; IF: 2,592).
Современное автомобилестроение активно переходит на производство электромобилей. В настоящее время наиболее перспективным является использование для электромобилей литий-ионных аккумуляторов.
Развитие этого направления поставило перед разработчиками две задачи: повысить емкость аккумуляторных батарей и рационально использовать имеющиеся запасы энергии, снижая потери и повышая КПД двигателя.
Для выполнения необходимых при решении второй задачи расчетов ученые Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ совместно с новосибирскими специалистами разработали аналитическую математическую модель, описывающую механический силовой и энергетический баланс, который возникает при преобразовании электрической энергии в механическую, и наоборот.
Доцент отделения материаловедения ТПУ Никита Мартюшев пояснил: «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».
Он добавил, что 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, они смогли, используя условие независимости переменных, описывающих состояние электромеханического преобразователя энергии.
Для определения запаса хода ученые смоделировали типовые циклы движения электромобиля, характерные для разных стран. При этом они учли большое количество влияющих на него параметров, таких как циклы ускорений, условия работы аккумулятора, энергетические затраты на поездку, а также энергию 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», — отметил Никита Мартюшев.
Ученые оценили ресурс тяговой батареи и определили из существующих оптимальный для электромобиля тип литий-ионной батареи, которая продлевает ресурс до 500 тыс. км пробега.
Полученные данные будут использованы ими для разработки метода определения оптимальных энергоэффективных режимов движения электромобилей, включая беспилотные, который позволит экономить затраты на перевозку пассажиров и грузов. Кроме того, он может использоваться для разработки энергоэффективных большегрузных электромобилей.
