АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ. ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Анализ научно-технической литературы по теме диссертации на
основе данных Scopus, Web of science, РИНЦ 9
1.2 Тенденции развития электротранспорта на примере Германии 16
1.3 Соревнования Формула студент электрик как образовательный
проект 20
1.4 Цели и задачи исследования 24
1.5 Выводы по первой главе 24
2 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ 26
2.1 Balance Management System 26
2.1.1 Особенности использования Li-ion аккумуляторов 26
2.1.2 Функции и характеристики системы BMS 29
2.1.3 Классификация 32
2.2 Зарядное устройство 35
2.2.1 Классификация 35
2.3 Реле контроля изоляции 39
2.4 Предохранители 41
2.5 Система блокировок 44
2.6 Выводы по второй главе 46
3 ПОДБОР КОМПОНЕНТОВ 47
3.1 BMS 47
3.2 Реле контроля изоляции 48
3.3 Выбор зарядного устройства 50
3.4 Выбор предохранителя тяги 51
3.5 Выводы по третьей главе 54
4 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В СРЕДЕ
MATLAB/SIMULINK 55
4.1 Разработка имитационной модели схемы пассивной балансировки в
среде MATLAB/Simulink 55
4.2 Исследование выходных характеристик имитационной модели схемы
пассивной балансировки в среде MATLAB/Simulink 59
4.3 Выводы и результаты исследования по четвертой главе 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
ЭЛЕКТРОБОЛИДА 68
Из-за растущей обеспокоенности по поводу глобального потепления, выбросов парниковых газов и истощения ископаемых видов топлива электромобили (электромобили) в последние десятилетия приобретают огромную популярность благодаря своим характеристикам и эффективности. Электромобили уже получили широкое распространение в автомобильной промышленности, учитывая наиболее многообещающие замены для сокращения выбросов CO2 и глобальных экологических проблем [1].
Концентрация в атмосфере таких парниковых газов, как углекислый газ и метан, долгое время продолжала расти и достигла максимума с 2003 года, когда начались спутниковые наблюдения", - говорится в документе. По оценкам специалистов, концентрация углекислого газа с 2010 года увеличилась на 0,6%, а метана - почти на 0,4%. Авторы отчета также указывают, что в 2020 году наблюдалось уменьшение выбросов углекислого газа из -за снижения экономической активности во время пандемии коронавируса нового типа [2].
Потребовалось более 200 лет, чтобы уровень повысился на 25%, но теперь, чуть более 30 лет спустя, мы приближаемся к увеличению на 5 0%", - объясняет Ричард Беттс. Чтобы повернуть вспять эту тенденцию и замедлить рост выбросов CO2 в атмосфере, необходимо сократить глобальные выбросы. И, чтобы остановить их, глобальные выбросы должны быть сведены к нулю. Это должно произойти в ближайшие 30 лет или около того, если глобальное потепление будет ограничено
1,5 °C [3].
Вследствие ухудшения экологии наблюдается рост числа людей с хроническими заболеваниями и онкологиями. Загрязнение окружающей среды повышает уровень заболеваемости населения в среднем на 20% (ВОЗ). За последние годы состояние здоровья городского населения ухудшилось, отмечен рост респираторных заболеваний, смертности от заболеваний органов дыхания, системы кровообращения, новообразований и др. На основании данных ВОЗ, ООН и Всемирного банка в 2012 г. были разработаны два комплексных
показателя: индекс здоровья и индекс рисков для здоровья, в том числе
экологических. В рейтинге стран по данным показателям Россия заняла 97 место из 147 стран мира.
На замену двигателям внутреннего сгорания приходит электрический тяговый электропривод. Об этом свидетельствует тот факт, что практически все ведущие автомобильные компании разрабатывают электромобили и демонстрируют образцы на международных выставках.
Так, например, правительство Германии поставило цель чтобы на дорогах страны к 2030 было зарегистрировано около 10 млн. электромобилей [4].
Электромобили являются наиболее перспективным направлением в автомобиле строении. Электромобиль обладает рядом преимуществ по сравнению с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания и гибридами. Основные преимущества:
• КПД электродвигателей составляет около 80-90% в сравнении с двигателями внутреннего сгорания (40 -45%);
• Отсутствие коробка передач;
• Прямое управление трансмиссией, без использования дифференциалов
Популяризация электротранспорта достигла больших масштабов, таких что появились гонки и соревнования с участием электрокаров. Одним из таких соревнований является Формула студент электрик. Формула студент (Formula SAE) - это международные инженерные соревнования между университетами, в которых команды студентов соревнуются в проектировании, постройке и гонке на небольших одноместных гоночных автомобилях. К участию в соревнованиях допускаются команды, которые разработали автомобиль с учетом всех требований регламента соревнований.
В настоящее время соревнования проводятся по трем направлениям: автомобили с двигателями внутреннего сгорания, электромобили и беспилотные автомобили (электрические и внутреннего сгорания) [5].
Команда Южно-Уральского государственного университета приняла решение об участии в соревнованиях формула студент 2021 по направлению электромобиль.
На основании этого необходимо, чтобы команда разработала прототип электроболида для участия в соревнованиях. В данной магистерской диссертации описывается разработка и исследование системы управления накопителем энергии для электроболида согласно регламенту, формула студент.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы, достигнута поставленная цель и выполнены все задачи. Входе анализа научно-технической литературы были уставлено ,что на данный момент тема электротранспорта в актуальна и востребована в научном сообществе. Был проведен анализ материалов посвященных электротранспорту в Германии. На основании всего выше изложенного можно установить что на данный момент существует огромный интерес к теме электротранспорта. Его активно внедряют разрабатывают и совершенствуют.
Был проведен анализ существующих классификаций, технических характеристик и функций основных элементов системы управления. В результате анализа классификаций были выбраны конкретные типы элементов системы управления удовлетворяющих требованиям регламента. После чего были сформированы требования к каждому элементу системы для дальнейшего их подбора.
После анализа основных функций элементов системы управления а также регламента Формула студент электрик был Произведен подбор основных элементов системы управления накопителем энергии с учетом регламента Формула студент электрик. Каждому элементу было предоставлено краткое описание его электрических характеристик а также схем.
Проведено исследование имитационной модели схемы пассивной балансировки ячеек аккумулятора. Результатом исследования является графики выходных характеристик модели показывающие отличие схемы с балансировкой и без нее.
Дальнейшим планом действий является разработка цифровой модели электроболида для расчета его работоспособности, сборка реального электроболида, участие в соревнованиях Формула студент электрик.
Проверка на антиплагиат составила 87% оригинального текста.
Руководитель А. Г. Возмилов
Магистрант М. В. Смирнов
