Электромобили с гибридными источниками питания. Часть 2.

Привет всем, добро пожаловать в новый пост сегодня. Растет обеспокоенность по поводу роста стоимости ископаемого топлива и истощения его ресурсов. Создаются новые экологически чистые автомобильные технологии, в том числе гибридные электромобили и полностью электрические транспортные средства. Полностью электрические автомобили обсуждаются в этой статье.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. Последние тенденции в области аккумуляторных электромобилей

Ⅱ. Полный электромобиль

Ⅲ. Подведение итогов с указанием ключевых моментов

Обзор: Обеспокоенность по поводу роста стоимости ископаемого топлива и истощения его ресурсов растет. Создаются новые экологически чистые автомобильные технологии, в том числе гибридные электромобили и полностью электрические транспортные средства. Полностью электрические автомобили обсуждаются в этой статье.

Нажмите здесь , чтобы перейти к предыдущей части этой статьи.

Люди во всем мире обеспокоены тем, как транспорт на основе углеводородов загрязняет воздух. Международное энергетическое агентство (МЭА) заявляет, что к 2030 году транспорт будет использовать 298 млн тонн биотоплива. Этот сектор использует 49% мировой нефти, и похоже, что к 2038 году запасы нефти в мире иссякнут. По данным Агентства по охране окружающей среды США, 29% выбросов парниковых газов (CO2, NO2, CO, NO) приходится на сжигание ископаемого топлива. топливо в транспорте.

Исследования Европейского Союза и других групп показывают, что на транспортную отрасль приходится около 28% всех выбросов углекислого газа (CO2). Более 70% этих выбросов приходится на автомобильный транспорт. Легкие коммерческие автомобили составляют 59%, средние и тяжелые коммерческие грузовики 23%, самолеты и вертолеты 9%, корабли и катера 3%, поезда 2% и другие 4%.

Ⅰ. Последние тенденции в области аккумуляторных электромобилей

Многие автопроизводители усердно работают над созданием новых электромобилей (EV):

l General Motors планирует перейти на полностью электрический автомобиль к 2023 году.

В будущем Ford предложит семь электрических подключаемых гибридов, которые можно будет персонализировать.

l Mazda, Denso и Toyota вместе работают над созданием технологий для электромобилей (EV).

l Renault, Nissan и Mitsubishi работают над электромобилями и надеются, что к 2023 году на рынке появится 12 таких автомобилей.

l К 2030 году будут доступны электрические и гибридные версии 300 автомобилей группы Volkswagen, которой также принадлежат бренды Audi и Porsche.

За последние несколько десятилетий было проведено множество исследований по стратегиям управления энергопотреблением как для гибридных электромобилей (HEV), так и для полностью электрических транспортных средств (FEV). Но поскольку автомобильные технологии совершенствуются и добавляются новые идеи, система управления энергопотреблением (EMS) для HEV и FEV — это область, которая постоянно меняется и будет пополняться новыми идеями в течение многих лет.

Тем не менее, недавние быстрые достижения в использовании автономных транспортных средств, новые достижения в компонентах силовых агрегатов и вычислительные подходы значительно увеличили перспективы улучшения производительности EMS. Транспортное средство-транспортное средство, транспортное средство-инфраструктура и автоматизированные связанные транспортные средства — это лишь некоторые из новых коммуникационных технологий, которые в настоящее время проходят оценку для использования в системах зарядки возобновляемых источников энергии. Для дальнейшего повышения эффективности вождения и экономии топлива необходимо изучить многообещающий потенциал.

Ⅱ. Полный электромобиль

На данный момент FEV имеет семь различных типов топологий передачи мощности, каждый из которых показан на рис. 1. Тем не менее, в автопромышленном секторе обычно используются только три из этих топологий. В таблице 1 для удобства показаны относительные конфигурации различных гибридных систем хранения энергии (HESS).

Рис. 1. Различные возможные конфигурации ультраконденсатора (UC) и батареи. Источник: IEEE Access.

Таблица 1: Сравнение различных конфигураций гибридной системы хранения энергии

Полностью электрические транспортные средства попадают в одну из двух групп, в зависимости от типа используемого ими источника энергии, которым может быть либо топливный элемент, либо аккумулятор . В-третьих, транспортные средства на базе фотоэлектрических систем в последнее время привлекли значительный интерес со стороны исследователей, которые ищут способы повышения эффективности использования возобновляемых ресурсов, которые в изобилии встречаются в природе.

1) FEV на батарейках

В этом экономичном автомобиле высокое содержание энергии в качестве основного источника обеспечивается аккумулятором. Для создания гибридной системы хранения энергии аккумулятор соединяется с другим устройством высокой плотности питания, например суперконденсатором, который также называют ультраконденсатором (UC). В некоторых кругах его также называют двухслойным электрическим конденсатором. Плотность энергии батарей намного выше, чем у суперконденсаторов, но плотность мощности батарей намного ниже. Таким образом, HESS накапливает достаточно энергии для удовлетворения внезапных потребностей в мощности и достижения желаемого уровня производительности автомобиля.

2) FEV на основе топливных элементов

Производство электроэнергии из H2 и O2 осуществлялось с использованием FC в качестве основного источника в этом FEV. Удельная энергия и мощность ФК сравнимы с бензиновыми, но не одинаковы. Из-за происходящих химических реакций топливные элементы имеют замедленную реакцию, а это означает, что они не идеально справляются с часто меняющейся нагрузкой. В качестве решения этой проблемы была реализована гибридизация технологии UC и аккумуляторов. Конфигурация ФЭВ на основе ТЭ изображена на рис. 2.

Рис. 2. ФЭВ на основе ФК. Источник: Доступ IEEE.

3) Экономичный автомобиль на фотоэлектрической основе

FEV на солнечной энергии, также известный как PV-FEV, имеет архитектуру, очень похожую на архитектуру подключаемого гибридного электромобиля (HEV), за исключением дополнительной фотоэлектрической (PV) панели, которая питает ток для зарядки аккумулятора в течение дня. Кроме того, используются алгоритмы управления отслеживанием точки максимальной мощности, чтобы извлечь максимальное количество энергии из фотоэлектрических панелей. Конфигурацию ФЭВ на основе PV можно увидеть на рис. 3.

Рис. 3. Структура FEV на основе PV. Источник: Доступ IEEE.

Существующие электромобили с более чем одним источником энергии и гибридными силовыми агрегатами дают системе большие возможности для проектирования и усложняют алгоритм управления. Целевая функция задачи оптимизации EMS обычно связана с набором топологий силовых агрегатов, тогда как технология и размер компонентов рассматриваются как ограничения оптимизации. Рост количества экологически чистых автомобилей нового поколения будет зависеть от того, насколько хорошо они управляют энергией.

Ⅲ. Подведение итогов с указанием ключевых моментов

Некоторые выводы из статьи заключаются в следующем:

l По мере совершенствования автомобильных технологий и внедрения новых концепций система управления энергопотреблением гибридных и полностью электрических транспортных средств будет продолжать меняться в ближайшие годы.

l Полностью электрический автомобиль в настоящее время имеет семь различных типов топологий передачи энергии. Однако только три из этих топологий часто используются в автопромышленном секторе.

l В зависимости от типа источника энергии, который они используют, электромобили на топливных элементах или аккумуляторах делятся на две категории. Недавно были разработаны автомобили на солнечных батареях, использующие возобновляемые ресурсы.

l Плотность энергии аккумуляторов значительно выше, чем у суперконденсаторов в полностью электрических транспортных средствах с аккумуляторной батареей, и они сохраняют достаточно энергии для удовлетворения неожиданных потребностей в мощности для достижения соответствующего уровня производительности автомобиля.

l В полностью электрических транспортных средствах на топливных элементах для производства электроэнергии использовались H2 и O2. Из-за происходящих химических реакций топливным элементам требуется некоторое время, чтобы среагировать. Это означает, что они не лучший выбор для часто меняющейся нагрузки.

l Дополнительная фотоэлектрическая панель, которая обеспечивает ток для зарядки аккумулятора в течение дня, отличает полностью электрический автомобиль на солнечной энергии от гибридных электромобилей с возможностью подзарядки от сети.

Эта запись в блоге является частью полноценной исследовательской статьи от IEEE Access .

Представленное изображение предоставлено OPEN AI .