Анализ эффективности торможения электротранспортного средства

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

, к. т.н., доц., , асп.

Одесский национальный политехнический университет

просп. Шевченко, 1а, г. Одесса, Украина, e-mail: [e-mail]

Вступление. В последнее время электротранспортные средства (ЭТС) предъявляют все большие требования к изготовителям с точки зрения экономичности [1]. Одним из приемов по понижению энергопотребления является рекуперирование энергии при торможении ЭТС. В этом режиме электродвигатель(и) ЭТС работает в режиме генератора. При этом часть кинетической энергии возвращается источнику, а часть – расходуется на нагрев обмоток. В качестве накопителя энергии может выступать аккумуляторная батарея и/или суперконденсатор [2].

Цель работы. Целью исследования является сравнение алгоритмов рекуперативного торможения и обозначения области применения каждого из них. Сравнение проводится исходя из требования обеспечения максимума рекуперируемой энергии, учитывая при этом важность ограничения времени торможения электротранспортного средства.

Материалы и результаты исследований. Большое влияние на рекуперируемую энергию оказывают параметры выбранного электродвигателя и суперконденсатора (источника электроэенергии). Также для увеличения эффективности рекуперации применются различные алгоритмы торможения.

Самый простой и в то же время распространенный алгоритм – ограничение тока торможения на максимально допуститмом уровне Iопт=const. Он характеризуется минимальным временем торможения. Назовем его алгоритмом максимального торможения.

Для увеличения энергии рекуперации используют более сложные алгоритмы, например, с изменением тока торможения по формуле Iопт=E/2R (Iопт – ток торможения, E – ЭДС двигателя, R – активное сопротивление обмоток двигателя) [3].

При применении данного алгоритма можно получить обеспечить максимальную мощность рекуперации при том же токе торможения, что и с алгоритмом максимального торможения, но при этом возрастает время торможения ЭТС. Назовем данный алгоритм «максимальная рекуперация». Для оценки возрастания времени торможения построена модель в системе MatLab Simulink, состоящая из двигателя постоянного тока с системой подчиненного регулирования скоростью и током якоря. Двигатель мощностью 1,5 кВт с сопротивлением обмотки 0,2 Ом питается от идеального источника напряжением 40 В.

Исследован процесс разгона до определенной скорости и остановки ЭТС. Задавались различные значения граничных токов торможения, учитывались потери на активном сопротивлении в двигателе и момент сопротивления, приложенный к валу. При этом оба алгоритма имели одинаковые граничные токи торможения при каждом эксперименте. По совокупности экспериментов были построены графики (рис. 1), показывающие различные значения рекуперируемой энергии и времени торможения при различных граничных токах торможения.

Анализируя получившиеся графики можно заметить, что при использовании алгоритма максимальной рекуперации есть некоторое экстремальное значение граничного тока, при котором энергия рекуперации максимальна. Энергия при увеличении и уменьшении значения граничного тока относительно этого экстремума уменьшается, но стоит заметить, что при увеличении тока уменьшается время торможения, тогда как при уменьшении тока время торможения резко возрастает. Также видно, что, увеличивая граничный ток, мы уменьшаем разницу во времени торможения между алгоритмами максимальной рекуперации и максимального торможения. При значениях граничных токов больше значения экстремума разница во временах торможения незначительна (в среднем 7% при максимальном времени 2 с), а прирост энергии доходит до 10%, что весьма чувствительно, учитывая, что это уже энергия, которая непосредственно поступает на накопители электроэнергии. Точка экстремума, видимая на графике, зависит от параметров конкретного электродвигателя.

В современном автомобилестроении применяются такие системы при торможении, как АБС (антиблокировочная система), которая предназначена для предотвращения блокировки колеса при торможении, а следовательно, повышает управляемость и уменьшает время торможения. Применительно к электрическому торможению данный алгоритм должен уменьшать тормозное усилие, которое в электроприводе контролируется уменьшением тока (момента).

Следует также заметить, что некоторое увеличение времени торможения при использовании алгоритма максимальной рекуперации не может повлиять на безопасность в аварийных ситуациях, так как принято в ЭТС применять и механические тормозные системы.

Выводы. Применительно к описанным ранее алгоритмам торможения, необходимо отметить крайнюю неэффективность алгоритма максимальной рекуперации при граничных токах меньше экстремального значения. Рекомендуется учитывать это свойство и не использовать этот алгоритм, когда по требованию системы АБС необходимо снизить ток меньше экстремума. В случаях, когда необходимо работать на токах меньше экстремального, рекомендуется применять алгоритм максимального торможения, который, в соответствии с графиком 1, имеет лучший показатель эффективности торможения (т. е. отношение рекуперируемой энергии к времени торможения).

Рисунок 1 – Графики зависимости энергии рекуперации и времени от тока торможения ЭТС

ЛИТЕРАТУРА

1. Ключев В И. Теория Электропривода учеб. Пособие для студ. выс. науч. заведений – Москва: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.

2. , , Вершинин аспекты работы автономного источника питания электротранспортного средства // Межвед. науч. сборник «Электромашиностроение и электрооборудование» – Одесса, 2010. – С. 6-12.

3. , , Герасимяк процесса торможения в электроприводах малых электротранспортных средств // Межвед. науч. сборник «Электромеханические и компьютерные системы» - Одесса, 2012. – С. 5-11.

, , Анализ эффективности торможения электротранспортного средства Электромеханические и энергетические системы, методы моделирования и оптимизации. Сборник научных работ XI Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в городе Кременчуг 09-11 апреля 2013 года – Кременчуг: КрНУ, 2013. – С. ХХ-ХХ. Рассмотрено применение различных алгоритмов рекуперативного торможения электротранспортного средства. Приводится энергетические и временные сравнения алгоритмов, смоделированных в системе MatLab Simulink.

V. V. Busher, V. G. Gerasymiak Analysis braking efficiency electric vehicles Electromechanical and energy systems, modeling and optimization methods. The 10th International conference of students and young researchers in Kremenchuk april 09–11, 2013. – Kremenchuk: КrNU, 2013. – P. ХХ–ХХ. Application of the various algorithms regenerative braking electric vehicles. Contained comparison energy and time of algorithms, which modeled in the system MatLab Simulink.