АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ 10
1.2 АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ
«ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ» 14
1.3 ИННОВАЦИИ В СФЕРЕ РАЗВИТИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ 16
1.4 ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА FORMULA STUDENT
ELECTRIC 21
1.5 ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧЕЙ ПРОЕКТА 23
2 РАСЧЕТ И ВЫБОР АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 24
2.1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ РЕГЛАМЕНТА FORMULA STUDENT
ELECTRIC, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НАКОПИТЕЛЯМ ЭНЕРГИИ 24
2.2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ29
2.3 КОНЦЕПЦИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 31
2.3.1 ТРЕБОВАНИЯ К ЭНЕРГИИ 31
2.3.2 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОРГАНИЧЕНИЯ 32
2.3.3 ВЫБОР ТИПА ЯЧЕЕК ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 33
2.3.4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 35
2.3.5 КОМПАНОВКА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 41
2.4 ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ 44
3 КОНСТРУКЦИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ 45
3.1 ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ 45
3.1.1 ОТВОД ТЕПЛА В АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ 45
3.1.2 МАТЕРИАЛЫ 47
КОРПУС БАТАРЕИ 48
3.3 ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Транспорт, основанный на ископаемом топливе, является одним из основных факторов глобального изменения климата и основным фактором ухудшения качества воздуха в городах. Растущее беспокойство общественности по поводу изменения климата выдвинуло альтернативные виды транспорта на передний план исследований в автомобильном секторе, а автомобили с электродвигателями и гибридные транспортные средства активно развиваются как экологически чистая альтернатива обычному транспорту с двигателями внутреннего сгорания.
Крупные автомобильные компании, такие как Ford, Nissan, Chevrolet и BMW, выпускают электромобили [16]. Перспективы будущего электромобилей являются позитивными, с серьезными финансовыми стимулами для исследователей и производителей автомобилей. Эта амбициозная цель в сочетании с последними достижениями в области аккумуляторных технологий вызвала появление и рост популярности нескольких специализированных компаний, выпускающих электромобили, таких как Tesla Motors [17].
Относительно низкое проникновение электромобилей на автомобильный рынок было вызвано двумя основными причинами: «беспокойство о запасе хода» или опасение недостаточного запаса хода электромобилей из-за ограниченного размера аккумуляторной батареи, а также различный пробег и производительность электромобилей во время и после работы в экстремальных условиях окружающей среды.
FleetCarma исследовала влияние работы автомобиля в различных условиях окружающей среды на Nissan Leaf, собирая данные от реальных водителей в более чем 5400 индивидуальных поездках. Они обнаружили резкое сокращение общего доступного пробега в холодную погоду: водители сообщают о среднем расстоянии 60 км от полностью заряженной батареи во время эксплуатации автомобиля при -25 °C, по сравнению со средней дальностью 106 км при 30 °C [18]. И наоборот, для работы при более высоких температурах окружающей среды независимые испытания, проведенные владельцами Nissan Leaf в Аризоне, показали необратимую 15% -ную потерю мощности после работы в течение одного лета [19].Эти реальные результаты, подчеркивают важность понимания и количественной оценки влияния рабочей температуры на характеристики батареи, а также необходимость в хорошо спроектированной системе управления температурой для электромобилей из-за краткосрочного и долгосрочного воздействия экстремальных температур окружающей среды на характеристики электромобиля.
Производительность электромобилей и гибридных автомобилей зависит от производительности их аккумуляторных батарей. Батареи - это электрохимические устройства, поэтому на их характеристики сильно влияет температура. Чтобы понять важность контроля температуры батареи, необходимо количественно оценить влияние температуры на батарею. Пагубного воздействия температуры на аккумуляторную батарею можно избежать за счет использования эффективной системы терморегулирования, которая может поддерживать оптимальную температуру аккумулятора во время работы. Конструкция такой системы требует точных знаний о тепловыделении батареи во всех условиях эксплуатации и разряда, в которых работают электромобили и тяжелые электрические машины.
В ходе магистерской диссертации было выявлено, что перспективным и экологичным направлением в областе автомобильной промышленности является производство электрических автомобилей. Однин из важнейших компонентов таких транспортных средств - аккумуляторная батарея, чьи технические и ценовые характеристики постоянно улучшаются.
Для успешного прохождения контроля на соревнования Formula Student Electric необходимо подобрать аккумуляторную батарею, полностью соответствующую требованиям регламента.
В результате работы выбран тип ячеек для конструкции аккумуляторной батареи - Samsung SDI INR18650-25R5. Полное расчетное количество энергии собранной батареи составило 8,69 кВт*ч при весе 36,18 кг стоимостью 393,3 тыс. руб. Принято решение о расположении батареи в задней раме (за водителем).
Помимо этого, выбрана система охлаждения - воздушными радиаторами, а также выбраны материалы для конструкции корпуса и внутренней среды сегментов батареи.
Совместными силами команды Южно-Уральского государственного университета была разработана принципиальная электрическая схема электромобиля, представленная в приложении А.
