ВВЕДЕНИЕ 8
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ В
ГОНКАХ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТА FORMULA STUDENT ELECTRIC 9
1.1 Динамика развития направления электромобильного спорта 9
1.2 Особенности реализации проекта Formula Student 12
1.3 Анализ работ, посвящённых исследованию неисправностей и отказов при
эксплуатации электроболидов 18
1.4 Анализ факторов, определяющих работоспособность элементов систем
электроболидов 21
1.5 Выводы по первому разделу 24
2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕКТРОМОБИЛЯМ
КЛАССА FORMULA STUDENT 26
2.1 Технические требования к электромобилям класса Formula
Student Electric 26
2.2 Требования к проводке и высоковольтным батареям 31
2.3 Методика определения технического состояния изоляции при тепловом
воздействии на жилу электропровода 34
2.4 Методика сравнительной оценки стойкости изоляции электропровода к
горению 36
2.5 Методика оценки работоспособности электрических систем при различных
условиях эксплуатации 38
2.6 Выводы по второму разделу 41
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ 42
3.1 Анализ системы обеспечения электробезопасности 42
3.2 Обоснование выбора типа аккумуляторной батареи 46
3.3 Особенности подбора силовых проводов и модулей контроля тяговой
системы 3.4 Выводы по третьему разделу 68
4 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ
ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ ПЕРЕД ВЫЕЗДОМ НА ТРЕК И ПРИ ПОСТАНОВКЕ
НА ХРАНЕНИЕ 69
4.1 Требования к зарядке автомобиля 69
4.2 Требования к хранению аккумуляторных батарей 71
4.3 Вывод по четвертому разделу 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 75
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А Иллюстративный материал Приложение Б Расчет элементов АКБ в программе MathCAD
В настоящее время в связи с ухудшением экологической обстановки и ростом цен на топливо все больше автопроизводителей занимаются разработкой и производством электромобилей. В автопроме популярна практика обкатки новых технологий на гоночных автомобилях, так как они подвержены серьезным нагрузкам, а значит позволять выявить слабые стороны разрабатываемых элементов. Не исключением стали и электромобили, так появились соревнования Formula E. Этот класс является площадкой для обкатки разработок многих компаний, например AUDI, DS AUTOMOBILES, PANASONIC, JAGUAR и др., в скором времени компания Mercedes-Benz также планируют прийти в этот класс. Однако это не единственные соревнования на машинах с электродвигателями: под эгидой SAE существует класс Formula Student Electric, в котором студенты разных стран разрабатывают и участвуют в соревнованиях на электроболидах.
В России это направление начинает постепенно набирать популярность, однако основной проблемой электромобилей, помимо цены, является электробезопасность. Практически на каждом из этапов соревнований происходят инциденты с участием болидов этого класса, в основном это возгорания, вызванные неисправностью проводки или неправильной зарядкой АКБ. В связи с этим вопрос улучшения электробезопасности является актуальным.
В ходе выпускной квалификационной работы изучены технические
требования электробезопасности к болидам класса Formula Student Electric.
Определено, что около 10 факторов могут оказывать влияния на
работоспособность систем электроболидов, некоторые из них являются
неконтролируемыми, однако они не несут серьёзных последствий для систем, в то
время как другие факторы являются основополагающими, и именно они
оказывают решающее воздействие на решение проблем электробезопасности
болидов класса Formula Student Electric.
Выявлено, что самые серьезные последствия для болидов класса Formula
Student Electric представляют возгорания, которые в основном возникают в
проводке в электрической системе. Представлены основные неисправности
электропроводки: 67% неисправностей приходятся на изоляцию, 23% − на жилу и
10% − на соединительные элементы. Проанализированы и представлены методики
по определению технического состояния изоляции при тепловом воздействии на
жилу электропровода; сравнительной оценки стойкости изоляции электропровода
к горению; оценки работоспособности электрических систем при различных
условиях эксплуатации.
Проанализированы системы обеспечения безопасности согласно регламенту
соревнований.
Представлен расчет и обоснование выбора типа аккумуляторной батарее и
силовых проводов. Выбраны li-ion аккумуляторы, так как они имеют больший
удельный запас энергии на единицу массы, также они дешевле, легче и
компактнее, поэтому остановим выбор на них. Проанализированы основные
электродвигатели и выбран двигатель постоянного тока LEM200-D135RAG с
номинальным напряжением 90 В и номинальным током в 200 А. На болиде
используется два таких двигателя Под данный двигатель выбраны Li-ion аккумуляторы SAMSUNG INR18650-
35E в количестве 800 штук на один электродвигатель с итоговой емкостью 11,592
кВт∙ч и массой 40 кг.
Проанализированы различные материалы для жил электропровода, по
совокупности параметров выбраны медные жилы. Согласно ПУЭ и регламента
соревнований выбраны провода с сечением жилы 6 мм для пропуска 50 А,
внешний диаметр провода RADOX® SCREENEd BATTERYCABLE составляет
6,6±0,3 мм. Для упрощения прокладки, а также для увлечения безопасности (в
случае обрыва одного из проводов машина сможет двигаться на оставшихся 3, а
значит сможет покинуть трек), а также уменьшение сечения увеличивает
относительную поверхность провода, что в свою очередь улучшает отвод тепла.
Выбрано устройство контроля изоляции Bender A-ISOMETER ® iso-F1
IR155-3203 согласно регламенту.
Представлены требования к хранению и зарядке аккумуляторов. В данном
случае батареи должны заряжаться постоянным током в 0,5С (14500 мА) до
напряжения 4,2 В, после этого зарядка происходит при постоянном напряжении в
105 В до достижения тока в 0,02С. Приблизительное время зарядки согласно
спецификации производителя 3 часа. Хранить АКБ необходимо в прохладном и
сухом помещении +15°С отключенными от болида. Согласно ГОСТ Р ИСО 11228-
1-2009 демонтировать и установить назад блок АКБ могут как мужчины, так и
женщины без вреда для здоровья (уровень защиты здоровья 95%), так как его вес
равен 11 кг. Представлены требования ПУЭ по разрядке АКБ и сопротивлению
изоляции.
Все это позволило повысить безопасность эксплуатации болида.
