_Улучшение энерго-экологических характеристик автомобилей. Государственный технический
 Скачать 3.39 Mb.
|
|
тип 5 − 9-штырьковый разъём стандарта GB/T 20110530 2 , используемый некоторыми китайскими автопроизводителями. 1 CHAdeMO – это аббревиатура от фр. «CHArge de MОve» – «заряжая движение». С другой стороны это игра слов: «O cha demo ikaga desuka» по- японски означает «Давайте выпьем чаю во время зарядки», что намекает на небольшое время, необходимое для зарядки электромобиля. Иногда называется «JARI/Tepco» по наименованию первой фирмы-изготовителя. 2 Иногда называемый «Catarc» по наименованию первой фирмы- изготовителя. 263 Рис. 67. Десятиштырьковый разъём CHAdeMO, предназначенный для быстрой зарядки электромобиля постоянным током Беспроводная зарядка электромобилей Беспроводная зарядка – это возможность передавать электроэнергию от электросети в автомобиль благодаря магнитному полю без механического контакта через слои воздуха и воды. Принцип действия устройств беспроводной зарядки аналогичен принципу действия трансформатора: переменный по времени электрический ток, протекающий по обмоткам первичной катушки (передатчик), формирует изменяющееся магнитное поле. Это магнитное поле, достигая и проходя через обмотки вторичной катушки (приёмник), создаёт (индуцирует) в ней ЭДС. По мере удаления вторичной обмотки от первичной, всё большая часть магнитного поля не достигает вторичной обмотки, поэтому эффективность передачи снижается. Использование резонанса и изменение формы волны управляющего тока от синусоидальной до несинусоидальной несколько увеличивает дальность передачи. При магнитно-резонансной индукции передатчик и приёмник настроены на одну частоту. Передающая и приёмная катушки, как правило, представляют собой однослойные соленоиды или плоскую спираль с набором конденсаторов, которые позволяют настроить принимающий элемент на частоту передатчика (рис. 68). 264 Рис. 68. Схема передачи энергии методом магнитно-резонансной индукции Сообщество автомобильных инженеров SAE в 2010 г. утвердило комитет по системам беспроводной передачи энергии. В январе 2016 г. комитет опубликовал черновой вариант стандарта SAE TIR J2954 «Беспроводная передача энергии и методология взаимного позиционирования оборудования для легковых электромобилей и подключаемых электрогибридов». В документе определяются критерии безопасности, эффективности и совместимости, а также процедуры испытаний. Предусматривается использование рабочего диапазона частот 81,39…90 кГц и четырёх уровней мощности, совместимых с режимами IEC 61851: WPT 1 – 3,7 кВт; WPT 2 – 7,7 кВт; WPT 3 – 11 кВт; WPT 4 – 22 кВт. В 2018 году ожидается утверждение данного стандарта. Предполагается, что с этого момента начнётся широкое внедрение систем беспроводной зарядки электромобилей. Технология беспроводной зарядки уже коммерциализирована и предлагается в качестве опции для электромобилей и подключаемых гибридов (рис. 69). Кроме того, проводятся эксплуатационные испытания применения данной технологии для подзарядки городских электро- или гибридных автобусов на остановочных пунктах. 265 Рис. 69. Схема расположения оборудования для беспроводной зарядки электромобилей. Источник: Evatran Group Основными преимуществами беспроводной зарядки являются удобство, надёжность, отсутствие износа. К недостаткам следует отнести более высокие по сравнению с кондуктивной зарядкой потери энергии (КПД индуктивной передачи составляет 70…90% в зависимости от расстояния между передатчиком и приёмником и их взаимного позиционирования) и стоимость оборудования, а также меньшую мощность. Электромобили как часть новой энергетической системы Экологические преимущества электромобилей будут проявляться всё в большей степени по мере экологизации энергетической системы. Энергетика стран, проявляющих заботу о будущем, быстро изменяется как в направлении использования более эффективного «традиционного» генерирующего оборудования, так и в направлении развития новых возобновляющихся «альтернатив», таких как фотогальванические преобразователи, ветрогенераторы и т.п. Поскольку эти альтернативы характеризуются относительно малой мощностью, непостоянством выработки электроэнергии по времени и децентрализацией размещения, требуется радикальное изменение в характере распределения и управления электрическими распределительными сетями. Умные сети электроснабжения (англ. smart grid) − это модернизированные сети электроснабжения, которые используют информационные и коммуникационные технологии для сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении, позволяющей 266 автоматически повышать эффективность, надёжность, экономическую выгоду, а также устойчивость производства и распределения электроэнергии. Развитие технологии умных сетей также означает фундаментальную реорганизацию рынка услуг электроэнергетики, несмотря на то, что терминология на первый взгляд предполагает только развитие технической инфраструктуры. Технологии «умных сетей» включают передовые датчики, известные под названием «модулей измерений фазора 1 » (англ. phasor measurement units, PMUs), которые позволяют операторам оценивать стабильность работы сети, передовые «цифровые» системы измерения электроэнергии, дающие потребителям исчерпывающую информацию и автоматически оповещающие о сбоях, реле, автоматически определяющие и восстанавливающие сбои на подстанциях, а также перенаправляющие электроэнергетические потоки в обход проблемных участков и накопители, которые позволяют запасать избыточную энергию и подавать её в сеть при необходимости. Электромобили прекрасно вписываются в модель новой децентрализованной и «умной» энергосистемы. С одной стороны, для зарядки множества электромобилей потребуются дополнительные мощности. Но с другой стороны, электромобили, подключённые к зарядной инфраструктуре, становятся её частью, позволяя повысить гибкость управления энергопотоками за счёт использования бортовых накопителей элетроэнергии как части общей сетевой накопительной ёмкости. Исследования показывают, что большую часть времени суток частные электромобили стоят на парковках в подключённом к сети состоянии и с полностью заряженным бортовым накопителем энергии. Поэтому их можно использовать для выдачи энергии в сеть при необходимости покрытия пиковых нагрузок или в аварийных/чрезвычайных ситуациях. Владельцы электромобилей могли бы даже получать от этого прибыль. Также следует учитывать возможность «перевода» подержанных бортовых накопителей энергии, 1 Фазор – комплексное число, представляющее одновременно величину и относительный угол волн напряжения и силы тока. Помимо собственно фазора, PMUs измеряют ассоциированную частоту и мощность. Синхронизация данных происходит по сигналу GPS. 267 уже не обеспечивающих требуемого запаса хода электромобиля, в разряд стационарных накопителей, продляя их срок полезного использования. Кроме того, управляя процессом зарядки электромобилей, например, осуществляя зарядку большинства электромобилей в ночное время, можно сгладить пиковые потребности в электроэнергии. Контрольные вопросы по разделу 1. Какие существуют разновидности альтернативных приводов автомобилей? 2. Из каких подсистем состоит система привода батарейного электромобиля? 3. Какие типы компоновочных схем используются при проектировании батарейных электромобилей? Каковы их преимущества и недостатки? 4. Объясните принцип работы топливного элемента с протоно-обменной мембраной. 5. Перечислите и поясните преимущества и недостатки топливных элементов в качестве источника энергии для электромобилей. 6. Что называют солнцемобилем? Где используются солнцемобили? Какие факторы препятствуют их более широкому распространению? 7. Что называется гибридным приводом? Какие существуют типы гибридных приводов? Каковы причины появления гибридных приводов? 8. Какие варианты потоков энергии возможны в гибридном приводе? 9. Каким образом осуществляется декомпозиция мощности сопротивления движению автомобиля на среднюю и динамическую составляющие? Как это связано с выбором агрегатов гибридного привода? 10. Как классифицируются различные конструкции гибридных приводов? 11. За счёт чего обеспечивается улучшение энерго-экологических характеристик гибридных автомобилей? 12. Опишите работу последовательного гибридного привода. Перечислите его преимущества и недостатки, области применения. 268 13. Опишите работу параллельного гибридного привода. Перечислите его преимущества и недостатки, области применения. 14. Опишите работу гибридного привода с разделением потока мощности ДВС. Перечислите его преимущества и недостатки, области применения. 15. Опишите работу гидравлического гибридного привода. Перечислите его преимущества и недостатки, области применения. 16. Какие типы гидромашин и гидроаккумуляторов применяются в гидравлических гибридах? 17. Опишите работу пневмогибридного привода на основе «двигателя с разделённым циклом» Scuderi. Перечислите его преимущества и недостатки. 18. Опишите работу пневмогибридного привода на основе пневмодвигателя MDI. Перечислите его преимущества и недостатки. 19. Опишите работу механической маховичной системы рекуперации энергии торможения. Перечислите её преимущества и недостатки. 20. Опишите работу электромеханической маховичной системы рекуперации энергии торможения. Перечислите её преимущества и недостатки. 21. Приведите классификацию наиболее распространённых электромоторов для электромобилей и электрогибридов. 22. Нарисуйте типичную характеристику электромотора для электромобилей, укажите наиболее распространённые области (режимы) работы в реальной эксплуатации. 23. Объясните принцип действия коллекторного электромотора постоянного тока. Перечислите его преимущества и недостатки. 24. Объясните принцип действия бесколлекторного индукционного (асинхронного) электромотора. Перечислите его преимущества и недостатки. 25. Объясните принцип действия бесколлекторного синхронного электромотора с обмоткой в роторе. Перечислите его преимущества и недостатки. 26. Объясните принцип действия бесколлекторного синхронного электромотора с постоянными магнитами в роторе. Перечислите его преимущества и недостатки. 269 27. Перечислите типы материалов для изготовления постоянных магнитов, их характеристки. 28. Объясните принцип действия бесколлекторного синхронного электромотора с магнитным сопротивлением в роторе. Перечислите его преимущества и недостатки. 29. Объясните принцип работы электрохимической ячейки. Перечислите основные электрические параметры электрохимических ячеек. 30. Что называют перенапряжением электрохимической ячейки? От каких факторов оно зависит? 31. Перечислите и объясните основные характеристики аккумуляторных батарей. 32. Объясните принцип действия Ni-Cd-аккумулятора. Перечислите его преимущества и недостатки. 33. Объясните принцип действия Ni-MH-аккумулятора. Перечислите его преимущества и недостатки. 34. Объясните принцип действия Li-Pol- и Li-Ion-аккумуляторов. Перечислите их преимущества и недостатки. 35. Объясните принцип действия суперконденсатора с двойным электрическим слоем. Перечислите его преимущества и недостатки. 36. Перечислите проблемы, затрудняющие быструю зарядку аккумуляторов. 37. Охарактеризуйте стандартные режимы кондукторной (проводной) зарядки электромобилей. 38. Перечислите существующие разновидности разъёмов для подключения электромобилей к зарядным станциям. 39. Объясните принцип действия беспроводной магнитно-резонансной зарядки электромобилей. Перечислите её преимущества и недостатки. 40. Каким образом электромобили взаимодействуют с «умными» сетями электроснабжения? 270 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Активная природоохранная деятельность, начавшаяся после проведения первой конференции ООН в 1972 г., привела к появлению множества инженерных решений, инноваций, технологий, направленных на улучшение энерго-экологических характеристик машин и оборудования во всех сферах человеческой деятельности. В транспортной отрасли, ответственной за существенную долю негативного антропогенного воздействия, усилия специалистов привели к совершенствованию конструкций средств транспорта, позволившему существенно сократить показатели их удельного негативного воздействия на окружающую среду. Однако общий уровень негативного экологического воздействия от транспорта изменяется неоднозначно. Если суммарное количество выбросов токсичных ЗВ от транспорта, таких как СО, СН, NO x , ДЧ, SO 2 , показывает устойчивую динамику на снижение, то суммарное количество потребляемой энергии и связанных с ней выбросов СО 2 , увеличивается. Также увеличивается объём потребляемых ресурсов и образующихся отходов, растёт негативное акустическое, вибрационное, электромагнитное воздействие, продолжается процесс отчуждения и фрагментации территорий, усиливаются другие виды негативного воздействия. Такая ситуация связана с интенсивным ростом транспортной деятельности, мобильности населения и экономики. Технологические улучшения в принципе не обеспечивают компенсации этого процесса. Поэтому наряду с ними необходимо принимать меры общеполитического характера, направленные на реализацию концепции экологически устойчивого развития человеческой цивилизации, принятой в 1992 г. на второй конференции ООН по окружающей среде и развитию. Тем не менее поиск новых инженерных решений по минимизации негативного воздействия транспорта на окружающую среду продолжается, и данное учебное пособие позволяет определить основные направления этого процесса, понять суть уже существующих технологий, их место в номенклатуре природоохранных мероприятий. 271 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1981. – 160 с. 2 . Nitrogen Oxides, Why and how they are controlled? / U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Technical Bulletin EPA-456/F-99-006R, 1999. 3 Гиринович М.П. Исследование процессов образования оксидов азота при сгорании топлив в перспективных дизелях. Доклад по дисс. к.т.н., М.: МАДИ (ГТУ), 2006 г. 4. Сомов В.А., Боткин П.П. Топливо для транспортных дизелей. – М.: Судпромгиз, 1963. – 356 с. 5 . Zeldovich l. The Oxidation of Nitrogen in Combustion and Explosions / Acta Physiochem. URSS, 21:577, 1946. 6 . Lavoie G.A., Heywood l.B. and Keck l.C. Experimental and Theoretical Investigation of Nitric Oxide Fromation in Internal Combustion Engines / Combust. Sci. Technol., 1:313-326, 1970. 7 . Drake M.C., and Blint RJ. Calculations of NO x Formation Pathways in Propagating Laminar, High Pressure Premixed CH 4 /Air Flames / Combust. Sci. Tech. 75:261-285, 1991. 8 . Lavoie G.A., and Blumberg P.N. Measurements of NO Emissions from a Stratified Charge Engine: Comparison of Theory and Experiment / Combust. Sci. Tech. 8:25-37, 1973. 9 . Lavoie G.A., and Blumberg P.N. A Fundamental Model for Predicting Fuel Consumption, NOx and HC Emissions of the Conventional Spark-Ignition Engine / Combust. Sci. Tech. 21:225-258, 1980. 10 Прохоров В.Б., Рогалев Н.Д. Исследование загрязнения приземного слоя воздуха г. Москвы от вредных выбросов тепловых электрических станций / Доклад на Международной научно-практической коференции «Экология энергетики». М.: МЭИ, 2000. 11 ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 12. Papa L.J. Gas Chromatography – Measuring Exhaust Hydrocarbons Down to Parts Per Billion / SAE Paper 670494, 1967. – 21 p. 13 . Handbook of air pollution from internal combustion engines: pollutant formation and control / edited by Eran Sher. Academic Press, 1998. – 663 р. 14. Брозе Д. Д. Сгорание в поршневых двигателях. – М.: Машиностроение, 1969. – 247 с. 15 Рудин М. Г., Драбкин А. Е. Краткий справочник нефтепереработчика. – М.:Химия, 1980. – 328 с. 272 16 . Нефтепродукты. Свойства, качество, применение / Под ред. проф. Б.В. Лосикова, – М.:Химия, 1966. 17 Технический регламент Таможенного Союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту». 18 . Протокол по стойким органическим загрязнителям к Конвенции 1979 года о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. URL: http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/pdf/persist.pdf ( дата обращения: 26.03.16). 19. Федеральный закон от 22.03.2003 N 34-ФЗ «О запрете производства и оборота этилированного автомобильного бензина в Российской Федерации». 20 Справочник химика. Химия и химическая технология. URL: http://chem21.info/info/822400 (дата обращения: 26.03.16). 21 ГОСТ ISO 817-2014 Хладагенты. Система обозначений. 22 . Handbook for the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer – 7th Edition / Ozone Secretariat United Nations Environment Program, 2006. 23 . Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, IPCC, 2013. – 1535 pp. 24 ГОСТ 25005-94 Оборудование холодильное. Общие требования к назначению давлений. 25 Правила № 49 ЕЭК ООН Единообразные предписания, касающиеся подлежащих принятию мер по ограничению выбросов загрязняющих газообразных веществ и взвешенных частиц двигателями с воспламенением от сжатия и двигателями с принудительным зажиганием, предназначенными для использования на транспортных средствах. 26 . |