Разработка мероприятий по увеличению запаса хода электробусов установкой системы терморегуляции на основе фазопереходных теплоаккумулирующих материалов

Введение. Проблемами массового применения электробусов на городских маршрутах являются низкие эксплуатационные показатели, в том числе ресурс тяговых аккумуляторных батарей (ТАБ), существенная ограниченность автономного хода в сравнении с автотранспортными средствами (АТС) на основе ДВС, высокая стоимость аккумуляторных батарей, ограниченное внедрение зарядной инфраструктуры, ухудшение эффективной работы при низких температурах окружающей среды и т.д. От эффективности восполнения, хранения и расхода электроэнергии на борту электробуса зависит большинство эксплуатационных показателей, к которым можно отнести: запас хода, ресурс ТАБ и экономические затраты на эксплуатацию.

Материалы и методы. В работе применяются методы численного моделирования движения электробуса КамАЗ 6282 в условиях ездового цикла SORT 2: MIXED.

Результаты. В данной работе проанализирован баланс электрической энергии на борту электробуса КамАЗ 6282 при его эксплуатации на городском маршруте, а также проведен поиск наиболее рациональных способов ее расхода за счет внедрения систем терморегуляции пассажирского салона и рабочего места водителя на основе установки теплоаккумулятора (ТА) с фазопереходными теплоаккумулирующими материалами (ФПТАМ).

Обсуждение и заключение. Установка предлагаемой системы на основе ФПТАМ при условии обеспечения запаса хода на уровне серийной модели позволяет уменьшить ёмкость батареи на 24% (до 549 МДж) или при сохранении ёмкости 720 МДж увеличить запас хода на 44% – до 130 км.

1. Sebastiani M., LUders R., & Fonseca K. Evaluating Electric Bus Operation for a Real-World BRT Public Transportation Using Simulation Optimization. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2016; 17: 2777-2786. https://doi.org/10-l109/TITS.2016.2525800.

2. Broatch A., Olmeda P., Bares P., & Aceros, S. Integral Thermal Management Studies in Winter Conditions with a Global Model of a Battery-Powered Electric Bus. Energies. 2022.https://doi.org/10.3390/en16010168.

3. El-Taweel, N., Zidan, A., & Farag, H. Novel Electric Bus Energy Consumption Model Based on Probabilistic Synthetic Speed Profile Integrated With HVAC. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2021; 22: 1517-1531. https://doi.org/10.l109/TITS.2020.2971686.

4. Yang C., Li L., You S., Yan B., & Du X. Cloud computing-based energy optimization control framework for plug-in hybrid electric bus. Energy. 2017; 125: 11-26. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2017.02.102

5. Савенков Н.В., Скрпкарь В.Г., Энтина Л.Э. Повышение топливной экономичности городских автобусов на основе исследования режимов движения на маршрутах // Вестник Донецкого национального технического университета. 2019. № 3 (17). С. 34–41.

6. Pamula T., & Pamula, D. Prediction of Electric Buses Energy Consumption from Trip Parameters Using Deep Learning. Energies. 2022. https://doi.org/10.3390/enl5051747

7. Iclodean, C., Cordos, N., & TodoruJ, A. Analysis of the Electric Bus Autonomy Depending on the Atmospheric Conditions. Energies. 2019. https://doi.org/10.3390/enl2234535

8. Hnatov A. S., Arhun, S. Ponikarovska Energy Saving Technologies for Urban Bus Transport. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. 2017; Vol. 14, Nо 4: 4649–4664. https://doi.org/10.15282/ijame.14.4.2017.5.0366.

9. Comparative Analysis of Cost, Emissions and Fuel Consumption of Diesel, Natural Gas, Electric and Hydrogen Urban Buses / P. Muñoz [et al.]. Energy Conversion and Management. 2022; Vol. 2571: 115412. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115412.

10. Chikishev E. Impact of Natural and Climatic Conditions on Electric Energy Consumption by an Electric City Bus. Transportation Research Procedia. 2021; Vol. 57: 113–121. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.09.032.

11. Gorbunova A. I. Anisimov, E. Magaril Studying the Formation of the Charging Session Number at Public Charging Stations for Electric Vehicles. Sustainability (Switzerland). 2020; Vol. 12, Nо 14: 5571. https://doi.org/10.3390/su12145571

12. Bezruchonak A. Geographic Features of Zero-Emissions Urban Mobility: the Case of Electric Buses in Europe and Belarus. European Spatial Research and Policy. 2019; Vol. 26, Nо 1: 81–99. https://doi.org/10.18778/1231-1952.26.1.05.

13. Kremer P. Active Cell Balancing for Life Cycle Extension of Lithium-Ion Batteries under Thermal Gradient. Proceedings of the International Symposium on Low Power Electronics and Design. 2021–July. 2021: 9502500. https://doi.org/10.1109/ISLPED52811.2021.9502500.

14. Gorbunova, A., & Smirnova, O. Model of the influence of the speed of communication and ambient temperature on the electric power consumption of an electric bus. Intelligence. Innovations. Investment. 2022. https://doi.org/10.25198/2077-7175-2022-1-84.

15. Kotiev G., Butarovich D., & Kositsyn B. Energy efficient motion control of the electric bus on route. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018: 315. https://doi.org/10.1088/1757-899X/315/1/012014

16. Мозговой А.Г., Шпильрайн Э.Э., Дибиров М.А., Бочков М.М., Левина Л.Н., Кенисарин М.М. Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов. Кристаллогидраты: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ // ТФЦ. М.: ИВТАН. 1990. № 2(82). С. 3–105.