Дослідження енергетичних та динамічних процесів, що протікають у гібридному силовому агрегаті транспортного засобу та оптимізація його характеристик, розробка технічних рішень гібридизації серійного транспортного засобу

Державний ВНЗ «Національний гірничий університет», м. Дніпропетровськ, Україна, проводить дослідження в галузі енергетики та енергозбереження. Дослідження спрямовані на розробку оптимальної з точки зору паливної економічності, енергоефективності та екологічності гібридної бензо -(дизель -) - електричної силової установки транспортного засобу. Результати досліджень можуть бути використані в транспортних засобах різноманітного функціонального призначення. Розробленні рішення сприятимуть зменшенню експлуатаційних витрат шляхом зменшення споживання та підвищення ефективності використання паливних матеріалів.

Тенденція до переходу на гібридний тип приводу, обумовлена, в першу чергу, намаганням провідних країн світу зменшити власну залежність від постачальників енергоносіїв. Другим важливим чинником є екологічні аспекти, які стають все більш критичними із збільшенням числа автомобілів у світі та ростом їх доступності.

Конструкція традиційних силових агрегатів на основі двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) розвинута, фактично, до свого насичення. Подальше удосконалення не може призвести до суттєвого збільшення ККД. Сучасний ДВЗ має коефіцієнт корисної дії на рівні 25-30%, що знаходиться в зоні теоретичного максимуму. Іншим нездоланним недоліком традиційного транспортного засобу є неможливість рекуперації накопленої кінетичної енергії в режимі гальмування (вся енергія перетворюється в тепло в гальмівній системі).

Між тим, використання чисто електричного транспортного засобу є економічно невиправданим. Це обумовлено відсутністю інфраструктури з заряджання акумуляторів, і, власне, акумуляторів розумної вартості, які б відповідали запитам споживачів. Тому найбільш перспективним напрямком розробок найближчого майбутнього є гібридні транспортні засоби (Hybrid electric vehicle, HEV) та гібридні транспортні засоби, що підключаються до мережі (Plug-in Hybrid electric vehicle, pHEV).

Кожна провідна компанія-виробник автомобілів проводить активні дослідження в галузі гібридних транспортних засобів. Незважаючи на це, у світі відсутнє єдине уявлення щодо оптимальної топології гібридного транспортного засобу. Відсутній також універсальний підхід щодо вибору оптимальних параметрів компонентів силової установки (потужність двигуна внутрішнього згоряння та електродвигуна, ємність та потужність акумуляторної батареї), які забезпечують максимальну економічність транспортного засобу за умов прийнятного співвідношення первинної вартості та експлуатаційних витрат.

Вочевидь, що необхідна розробка наукового підходу щодо вибору критеріїв якості при проектуванні гібридного силового агрегату транспортного засобу із оптимальними техніко-економічними показниками, а також інвестиції для поширення інноваційних технологій у повсякденне життя людини.

В рамках проекту HIM-GDE (Hybrid Improved Motor – Green Driving Efficiency) планується виконати науково-технічне обґрунтування вибору параметрів розробки гібридного силового агрегату транспортного засобу з двигуном внутрішнього згоряння в контексті підвищення енергоефективності, енергозбереження, екологічності та мінімізації вартості експлуатації.

Досягнення мети роботи передбачає вирішення наступних наукових і прикладних задач:

  • Вибір оптимальної структури приводу гібридного транспортного засобу (паралельна, послідовна, змішана) та обґрунтування ступеня гібридизації, при якому забезпечується оптимальне співвідношення між вартістю транспортного засобу та експлуатаційними витратами;
  • Розробка узагальненої математичної моделі гібридного транспортного засобу з урахуванням специфіки компонентів приводу та режимів роботи; модель повинна враховувати також економічні аспекти експлуатації транспортного засобу;
  • Дослідження енергетичних та динамічних показників гібридного транспортного засобу в просторі параметрів компонентів силової установки (потужність гібридної установки, тип, ємність та потужність акумуляторів) і розрахунок цих параметрів методами багатокритеріальної оптимізації для забезпечення максимальної енергетичної ефективності;
  • Оцінка надійності гібридної силової установки, дослідження динаміки ймовірних станів енергетичної установки на кінцевих проміжках часу; підвищення надійності підсистем резервуванням значимих блоків;
  • Розробка закону керування станом заряду проміжного накопичувача, при якому забезпечується мінімальне споживання енергії з боку первинного джерела при високій ефективності приводу транспортного засобу;
  • Розробка законів керування гібридною силовою установкою в привідних і гальмівних режимах із забезпеченням максимальної паливно-енергетичної ефективності, екологічності, безпечності;
  • Визначення технічних характеристик, техніко-експлуатаційних показників гібридної силової установки;
  • Розробка технічних рішень щодо забезпечення надійності та мінімальної собівартості гібридної силової установки.
  • Значимість проекту для розв’язання економічних і екологічних проблем полягає в підготовці обґрунтованих науково-технічних рішень для поширення на ринку гібридних силових агрегатів конкурентоспроможної вартості, які б задовольняли сучасним вимогам із безпеки та екологічності.