Oamenii de știință au creat un model complet al unei baterii, detaliat până la nivelul atomilor individuali. Identificarea modelului matematic al bateriei de tracțiune a unui automobil hibrid Modele matematice de descărcare a bateriei plumb-acid

În primul capitol al lucrării de disertație au fost luate în considerare metode cunoscute de aproximare a curbelor de descărcare AB la valori constante ale curentului. Aceste metode sunt statice, adică nu țineți cont de schimbarea modului de descărcare a bateriei care are loc în mod constant la un vehicul electric. La modelarea încărcării instabile a bateriei, este necesar să se țină cont de dependența capacității maxime a bateriei de curentul de descărcare. Pentru aceasta, ecuația Peukert (2) este cea mai potrivită.

În Fig.3. Este prezentat un algoritm simplificat care vă permite să determinați tensiunea bateriei la fiecare pas de calcul într-un model de simulare a mișcării unui vehicul electric.

Această abordare a calculării unei descărcări nestaționare a bateriei poate fi, de asemenea, extinsă pentru a descrie încărcarea nestaționară care apare în timpul frânării regenerative.

Scopul final al dezvoltării unui model de vehicul electric este de a determina indicatorii de performanță și caracteristicile bateriei acestuia într-un anumit mod de conducere. Următorii au fost luați ca parametri principali:

kilometraj (rezerva de putere);
consumul de energie la deplasare;
consumul de energie pe unitatea de traseu și capacitatea de încărcare;
energie specifică furnizată de baterie.

Datele inițiale pentru calcul sunt:

parametrii bateriei și (sau) ai dispozitivului de stocare a energiei: familia de caracteristici temporare de descărcare și încărcare pentru valorile curente din domeniul de funcționare la o temperatură constantă, greutatea modulului bateriei și a echipamentelor suplimentare, numărul de module instalate etc.;
parametrii motorului electric: curent și tensiune nominală, rezistența circuitului armăturii și a înfășurării câmpului, date de proiectare, caracteristici fără sarcină etc.;
parametrii vehiculului de bază: greutatea totală, rapoartele de transmisie ale cutiei de viteze și ale transmisiei finale, eficiența transmisiei, momentul de inerție și raza de rulare a roților, coeficientul de rezistență la aer, suprafața raționalizată, coeficientul de rezistență la rulare, capacitatea de încărcare etc.;
parametrii modului de conducere.

În al treilea capitol lucrarea de disertație, a fost efectuată o analiză a experimentelor și a datelor modelului folosind modelul de simulare dezvoltat și a fost rezolvată problema alegerii parametrilor AB.

La modelarea mișcării EV-urilor în ciclul SAE j 227 C, rezultatele au fost obținute cu structura datelor prezentată în Tabelul 2.

Rezultatele analizei factoriale (Tabelul 3) au arătat că deja trei factori determină 97% din informații, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a numărului de factori latenți și, în consecință, a dimensiunii modelului de simulare.

Rezultatele calculului principalilor indicatori de performanță ai vehiculelor electrice în timpul accelerației.


1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1,00	129,93	25,21	250,00	7,2	19,49	120,11	3,00	280,92	0,46	4487,4	0,02
2,00	129,80	41,11	250,00	7,2	19,58	121,19	6,23	583,47	1,81	12873,1	0,32

38,00	116,73	116,30	111,73	3,4	26,36	23,40	47,53	4449,17	393,5	828817,1	-

Rezultatele analizei factoriale (Tabelul 3) au arătat că deja trei factori oferă 97% din informații, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a numărului de factori latenți și, în consecință, a dimensiunii modelului de simulare.

Pentru a clarifica reprezentarea analitică a caracteristicilor de descărcare a bateriei 6EM-145, din care se formează o baterie de vehicul electric cu o masă totală de 3,5 tone și o greutate a bateriei de 700 kg, pentru a studia posibilitatea reîncărcării pe termen scurt a bateriei în timpul unui schimb de lucru și, ca urmare, creșterea kilometrajului, a fost efectuat un experiment pentru a testa bateria 6EM-145 conform unui program special. Experimentul a fost efectuat timp de 2 luni folosind 2 baterii 6EM-145.

Conținutul informațional al factorilor abstracti

	^ Valoare proprie	Procentul de variație	Valori proprii acumulate	Procentul de varianță acumulat
1	8,689550	78,99591	8,68955	78,9959
2	1,173346	10,66678	9,86290	89,6627
3	0,832481	7,56801	10,69538	97,2307
4	0,235172	2,13793	10,93055	99,3686

Testele au fost efectuate după următoarea metodă:

Încărcați cu curent în două trepte 23A și 11,5A (recomandat de producătorul bateriei)
Controlați descărcarea (conform recomandării producătorului) cu un curent de 145A la o valoare minimă a tensiunii de 9V.
Încărcați până la 20%, 50% și 80% niveluri de încărcare cu curenți de 23,45 și 95A.
Curent de descărcare 145A la o valoare minimă a tensiunii de 9V.

Cantitățile măsurate și calculate au fost: capacitatea îndepărtată, capacitatea de încărcare, gradul de încărcare, coeficienții de eficiență ai capacității și energiei etc.

Rezultatele regresiei multiple pentru aproape toate variabilele dependente au arătat rezultate semnificative statistic (coeficientul de corelație a fost egal cu R= 0,9989, a F-atitudine F(2,6)=1392,8). Ca rezultat, este arătată posibilitatea utilizării legitime a modelelor liniare.

Prima treaptă de accelerare este calculată la valoarea fluxului magnetic F= F max= 0,0072 Wb și menținerea curentului de armătură la un nivel constant eu eu = eu r1 = 250 A. Această etapă începe la timp t= 0 și se termină când ciclul de lucru atinge 1. Valori constante pentru această treaptă de accelerație: curent de excitație euîn = A∙F max 3 + b∙F max 2 + c∙F max=10,68 A și tensiune pe înfășurarea câmpului Uîn = eu∙R ov

În conformitate cu principiul reglării în două zone, se poate obține o creștere a vitezei de rotație a arborelui motorului electric la tensiune maximă prin slăbirea câmpului magnetic. Acest lucru este implementat într-un regulator electronic de curent care controlează o înfășurare de câmp independentă. A doua etapă de accelerare începe la momentul corespunzător  =1 și se termină când vehiculul electric atinge o viteză dată. Valorile inițiale V, n, U d etc sunt rezultatele calculării ultimei trepte de accelerare la debit maxim, când  =1.

Rezultate ale regresiei multiple

	Statistici	Eroare standard	^ Scor Parametrii de regresie	Eroare standard	Statistic tec Student pe interval de încredere	nivelul de eroare în acceptarea semnificației unui parametru de regresie
Gratuit membru			-0,267327	1,944346	-0,13749	0,895142
A	0,005475	0,019047	0,006819	0,023722	0,28744	0,783445
V3	0,999526	0,019047	1,233841	0,023513	52,47575	0,000000

Frânarea vehiculului electric poate fi mecanică sau regenerativă. Ultima etapă a mișcării din ciclu începe la momentul respectiv t= t A + t cr + t coși se termină când t= t A + t cr + t co + t b. Frânarea în ciclul SAE j 227 C are loc cu decelerare constantă, care poate fi definită ca: a= V selectați /(3.6∙ t b) m/s 2 , unde V selectați - viteza la sfârșitul cursei, km/h

Experimentele de simulare desfășurate în lucrarea de disertație pentru a evalua caracteristicile mișcării vehiculelor electrice au arătat că un proces de caracteristici aleator condiționat nestaționar este bine aproximat printr-un proces cu o funcție de autocovarianță de forma:

Unde r 1 (t)Și r 2 (t) respectiv egal:

(9)

Expresiile analitice sunt obținute pentru a descrie procesul condiționat non-staționar. Fie vectorul coloanei S=(S 0 , S -1 , ... , S -m ) T determină valorile caracteristicilor de mișcare ( t) în clipe St=t 0 ,t -1 ,…,t - m  , (t 0 >t -1 >.. >t -m ). Atunci așteptarea matematică este:

Unde D  (t) = (r(t-t 0 ), r(t-t -1 ), ... , r(t-t -m ) vector rând de covarianțe;

D  =||cov( (t i ),  (t j ))||=||r(t i -t)||, i,j=0..-m - matricea de covarianță a istoriei procesului la momente t i ,t j ; r(t) - funcția de autocorelare a modului staționar de mișcare.

Algoritmii de aproximare stocastică au fost aleși ca algoritmi pentru controlul modurilor de mișcare EV în disertație. Lăsa ^X variabilă vectorială în R N, pentru care sunt îndeplinite următoarele condiții:

1. Fiecare combinație de parametri controlați X corespunde unei variabile aleatorii Y caracteristici ale mișcării cu așteptări matematice M Y(X).

2. M Y(X) are un maxim unic și derivate parțiale secunde  2 M Y/x i x j sunt limitate pe întreaga gamă de modificări în modurile de control.

3. Secvențe ( A k) Și ( c k) îndeplinesc condițiile:

, b)

, V)

, G)

(12)

4. Secvența recurentă a modurilor de control aleator se determină pe baza tranziției după semnul incrementului: .

5. Vector  Y k modificările caracteristicilor de mișcare sunt determinate pe baza implementării valorilor aleatorii ale modurilor curente X k în conformitate cu unul dintre planuri P 1 , P 2 sau P 3:

P 1 =[X k, X k +c k E 1 , . . . , X k +c k E eu,. . . , X k +c k E N ] T - plan central;

P 2 =[X k +c k E 1 , X k-c k E 1 , . . . X k +c k E N, X k-c k E N ] T - plan simetric;

P 3 =[X k, X k +c k E 1 , X k-c k E 1 , . . . X k +c k E N, X k-c k E N ] T .- plan cu punct central, unde .

6. Dispersia evaluării caracteristicilor de mișcare  k 2 pentru fiecare combinație de moduri X k este limitat  k 2  2
Cercetările efectuate în disertație au arătat că atunci când sunt îndeplinite condițiile de mai sus, succesiunea modurilor de control selectate X k converge la valori optime cu probabilitatea 1.

Ca rezultat al formalizării, algoritmul de funcționare al modelului de simulare controlată a mișcării EV este următoarea secvență de acțiuni:

1. Configurarea inițială a modelului și selectarea modurilor inițiale de mișcare X 0 , k=0.

2. Pentru o combinație dată de moduri X k în vecinătatea sa locală în conformitate cu unul dintre planuri P i (i=1,2,3) sunt generate traiectorii eșantion de caracteristici de mișcare ( Xk,l ( t|s k)) l=1 L durata T fiecare dintr-o stare iniţială comună s k .

3. Estimările integrale medii ale caracteristicilor sunt calculate pentru toate l=1 …L cu o stare iniţială generală s k :

6. Setați starea inițială s k +1 al următorului interval de control, egal cu starea finală a unuia dintre procesele pasului precedent.

7. În conformitate cu criteriul de oprire selectat, trecerea la pasul 2 sau la sfârșitul simulării.

În capitolul al patrulea Au fost testate metodele și modelele dezvoltate.

Atunci când alegeți dimensiunea unei baterii instalate pe un vehicul electric, conceptul de muncă de transport este utilizat pentru a optimiza relația dintre capacitatea de încărcare și kilometrajul vehiculului electric. A=G E ∙L t∙km, unde G E– capacitatea de ridicare a EM, t; L– Rezervă de putere EV (kilometraj). Capacitatea de încărcare a EV G E =G 0 - m b / 1000 t, unde G 0 =G A – m– capacitatea de încărcare a șasiului, determinată de capacitatea de încărcare a vehiculului de bază G A luând în considerare masa  m, eliberat la înlocuirea motorului cu ardere internă cu un sistem de antrenare electric, t; m b – masa sursei de energie, kg. Valoarea kilometrajului L vehiculul electric este în general calculat folosind formula cunoscută în literatură
km, unde E m- energia specifica sursei de curent, Wh/kg;  - consum specific de energie la condus, Wh/km. Ca urmare, pentru lucrările de transport sunt adevărate următoarele:

t∙km,

(15)

unde: coeficient
km/kg.

Pe baza modelului de simulare dezvoltat, a fost calculată mișcarea unui vehicul electric bazat pe mașina GAZ 2705 GAZelle cu o capacitate de transport G 0 =1700 kg. Calculul a fost efectuat pentru surse asamblate din 10 blocuri de baterii OPTIMA D 1000 S conectate în serie. Numărul de baterii conectate în paralel din fiecare bloc a variat de la 1 la 8. Astfel, în trepte de 20 kg, masa sursei de energie modificat în intervalul teoretic posibil de la 0 la G A .

S-au efectuat calcule pentru mișcarea într-un ciclu S AE j 227 C și pentru mișcare cu viteză constantă. În Fig.4. Este prezentată dependența teoretică și bazată pe simulare a muncii de transport de masa bateriei.

Conform rezultatelor calculului, munca maximă de transport se realizează cu o greutate a bateriei puțin mai mare de jumătate din capacitatea de încărcare. Acest lucru se explică printr-o creștere a energiei specifice E m sursă de curent cu creșterea capacității acesteia.

Ciclu S AE j 227 C este unul dintre cele mai intense cicluri de testare; modul de conducere non-stop, dimpotrivă, este unul dintre cele mai simple. Pe baza acestui fapt, se poate presupune că graficele corespunzătoare modurilor de conducere intermediare vor fi situate în zona limitată de curbele corespunzătoare, iar munca maximă de transport la funcționarea cu bateria OPTIMA D1000S se află în intervalul de la 920 la 926 kg.

In custodie Sunt prezentate principalele rezultate ale lucrării.

Aplicație conţine documente privind utilizarea rezultatelor lucrării.
^

Principalele concluzii și rezultate ale lucrării

S-a efectuat o clasificare a bateriilor și o analiză a metodelor cunoscute de calculare a caracteristicilor bateriilor. Se face o evaluare a posibilității utilizării lor în modelarea încărcării și descărcării bateriilor nestaționare.
Pe baza cercetărilor efectuate în teză, s-a propus utilizarea unei abordări de descompunere pentru a modela încărcarea instabilă a bateriei în diverse moduri și condiții de conducere ale vehiculului, ceea ce permite integrarea modelelor hibride analitice și de simulare, inclusiv modele ale părții mecanice. , sisteme de control, moduri de conducere și altele.
Lucrarea pune și rezolvă problema formalizării principiilor construirii unui model de simulare EV folosind o descriere a procesului a obiectelor și componentelor sistemului, ceea ce face posibilă simularea modurilor nestaționare ale mișcării EV și impactul acestora asupra caracteristicilor nestaționare ale Încărcare AB.
A fost efectuată o analiză factorială a caracteristicilor de overclocking, care a arătat că trei factori explică deja 97% din informații. Acest lucru a făcut posibilă reducerea semnificativă a numărului de factori latenți din model și, prin urmare, a dimensiunii modelului de simulare.
A fost elaborată o metodologie pentru efectuarea unui experiment pentru o analiză comparativă a caracteristicilor de descărcare a bateriilor reîncărcabile și au fost efectuate experimente. Datele experimentale obținute au arătat că utilizarea modelelor liniare este legitimă pentru aproape toate variabilele dependente.
Experimentele de simulare efectuate pentru a evalua caracteristicile mișcării EV-urilor au arătat că procesul aleator non-staționar al caracteristicilor este bine aproximat printr-un proces cu o funcție de autocovarianță hiperexponențială. Expresiile analitice sunt obținute pentru a descrie caracteristicile unui proces nestaționar condiționat.
Pentru a rezolva problemele de optimizare pe un model de simulare, ca algoritmi de control au fost aleși algoritmi de aproximare stocastică, care asigură viteză mare de convergență în condiții de dispersie mare a caracteristicilor de mișcare.
A fost dezvoltat un complex de modelare software, care a fost implementat pentru utilizare practică într-un număr de întreprinderi și este, de asemenea, utilizat în procesul educațional la MADI (GTU).

Publicații pe tema lucrării de disertație

Rezultatele cercetării au fost publicate în 6 publicații.

Ioanesyan A.V. Metode de calcul a caracteristicilor bateriilor reîncărcabile pentru vehicule electrice / E.I. Surin, A.V. Ioanesyan // Materiale ale conferinței științifice-metodologice și de cercetare științifică a MADI (GTU). –M., 2003. – P.29-36.
Ioanesyan A.V. Metode de determinare a sfârșitului de descărcare și încărcare a bateriei pe un vehicul electric / Ioanesyan A.V. // Electrotehnică și echipamente electrice de transport. – M.: 2006, Nr. 6 - p. 34-37.
Ioanesyan A.V. Parametrii de bază ai bateriilor pentru vehicule electrice / A.V. Ioanesyan // Metode și modele de informatică aplicată: colecție interuniversitară. științific tr. MADI (GTU). – M., 2009. – P.121-127.
Ioanesyan A.V. Modelul părții mecanice a unui vehicul electric / A.V. Ioanesyan // Metode și modele de informatică aplicată: colecție interuniversitară. științific tr. MADI (GTU). – M., 2009. – P.94-99.
Ioanesyan A.V. Model de simulare generalizată a mișcării vehiculului electric / A.V. Ioanesyan // Principii de construcție și caracteristici ale utilizării sistemelor mecatronice: colectare. științific tr. MADI (GTU). – M., 2009. – P.4-9.
Ioanesyan A.V. Modele de procese nestaționare de mișcare a vehiculelor electrice / A.V. Ioanesyan // Principii de construcție și caracteristici ale utilizării sistemelor mecatronice: colectare. științific tr. MADI (GTU). – M., 2009. – P.10-18.

Când vine vorba de dezvoltarea de noi dispozitive de înaltă tehnologie și miniaturale, bateriile sunt cel mai mare blocaj. În prezent, acest lucru este vizibil în special în producția și exploatarea mașinilor electrice, în dispozitivele de stocare a energiei de rezervă pentru rețelele de energie și, bineînțeles, în electronicele de consum în miniatură. Pentru a satisface cerințele moderne, dispozitivele de stocare a energiei, a căror dezvoltare cu siguranță nu a ținut pasul cu dezvoltarea tuturor celorlalte tehnologii, trebuie să furnizeze mai multă energie stocată pe un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare, să aibă o densitate mare de stocare a energiei și oferă caracteristici dinamice ridicate.

Crearea și testarea unor baterii noi de diferite tipuri este un proces dificil, care durează mult timp, ceea ce îl face foarte costisitor. Prin urmare, pentru oamenii de știință în electrochimie, capacitatea de a efectua simulări detaliate înainte de a începe experimente practice ar fi un adevărat avantaj. Dar până de curând, nimeni nu a fost capabil să creeze un model matematic al unei baterii, detaliat până la nivelul atomilor individuali, datorită complexității unui astfel de model și datorită limitărilor instrumentelor de modelare matematică existente.

Dar asta s-a schimbat acum, datorită muncii a doi cercetători germani, Wolf Dapp de la Institutul pentru Simulare Avansată și Martin Muser de la Universitatea din Saarlandes. Acești oameni de știință au creat un model matematic complet al bateriei și și-au făcut calculele până la nivelul atomilor individuali. Trebuie remarcat faptul că, conform rezultatelor simulării, proprietățile „bateriei matematice” coincid în mare măsură cu proprietățile bateriilor reale cu care suntem cu toții obișnuiți să ne ocupăm.

În ultimii ani, informaticienii au creat în mod repetat modele de baterii, dar toate aceste modele au funcționat la o scară mult mai mare decât nivelul atomilor individuali și s-au bazat pe date și parametri ale căror valori au fost obținute experimental, cum ar fi conductivitatea ionică și a electronilor, coeficienții de propagare, densitatea curentului, potențialele electrochimice etc.

Astfel de modele au un dezavantaj serios - funcționează extrem de inexact sau nu funcționează deloc atunci când vine vorba de materiale noi și combinațiile lor, ale căror proprietăți nu au fost studiate pe deplin sau deloc studiate. Și, pentru a calcula pe deplin comportamentul unei baterii realizate din materiale noi în ansamblu, electrochimiștii trebuie să efectueze simulări la nivelul moleculelor, ionilor și atomilor individuali.

Pentru a simula bateria în ansamblu, modelul computerizat trebuie să calculeze orice modificări ale potențialelor de energie, chimice și electrochimice la fiecare pas de calcul. Este exact ceea ce Depp și Musru au reușit să realizeze. În modelul lor, energia electrică este o variabilă a cărei valoare este determinată de interacțiunile atomilor și de legăturile dintre atomi și ioni în fiecare etapă a calculului.

Desigur, cercetătorii au trebuit să facă concesii realității. Complexitatea matematică a unei baterii este departe de bateria pe care o poți scoate din telefonul tău mobil. Modelul matematic al „nanobateriei” este format din doar 358 de atomi, dintre care 118 atomi sunt materialul electrozilor, catodului și anodului. Conform condițiilor inițiale, catodul este acoperit cu un strat de 20 de atomi de substanță electrolitică, iar în electrolitul în sine există doar 39 de ioni încărcați pozitiv.

Dar, în ciuda unei asemenea simplități aparente, acest model matematic necesită o putere de calcul considerabilă pentru calculele sale. Desigur, toată modelarea se realizează pe o scară de unități discrete, pași, iar un ciclu complet de calcule necesită un minim de 10 milioane de pași, la fiecare dintre care se efectuează o serie de calcule matematice extrem de complexe.

Cercetătorii raportează că modelul pe care l-au creat este doar o dovadă a principiilor pe care le-au folosit și că există mai multe modalități de a îmbunătăți modelul. În viitor, vor complica modelul pe care l-au creat prezentând o soluție de electrolit ca un set de particule cu o sarcină electrică staționară. Acest lucru, împreună cu o creștere a numărului de atomi din model, va necesita puterea nu a celui mai slab supercomputer pentru a calcula modelul, dar merită, deoarece astfel de cercetări pot duce la crearea de noi surse de energie care vor revoluționa. domeniul electronicii portabile.

Științe militare speciale Metodă aerobalistică de creștere a eficienței balistice a bombelor de aviație dirijate. Cuvinte cheie: distanță de zbor, bombă de aviație dirijată, profil suplimentar. Fomicheva Olga Anatolievna, candidat [email protected] , Rusia, Tula, Universitatea de Stat de Științe Tehnice din Tula, docent, UDC 621.354.341 MODEL MATEMATIC DE FUNCȚIONARE A UNUI SISTEM DE ÎNCĂLZIRE A BATERIEI CU UTILIZAREA UNUI ELEMENT DE ÎNCĂLZIRE CHIMIC E.I. Lagutina Articolul prezintă un model matematic al procesului de menținere a unei baterii într-o stare termică optimă în condiții de temperatură ambientală scăzută prin utilizarea unui element de încălzire chimic. Cuvinte cheie: termostat, transfer de căldură convectiv, baterie, element de încălzire chimic, model matematic. În această etapă de dezvoltare a armelor și echipamentelor militare, este dificil să ne imaginăm desfășurarea cu succes a operațiunilor de luptă cu pierderi personale minime fără un sistem unificat de comandă și control. Ținând cont de dinamismul din ce în ce mai mare al operațiunilor de luptă, baza sistemului de control al trupelor la nivel tactic de comandă și control este echipamentul radio. Acest rol al echipamentelor radio în sistemul de control, la rândul său, obligă să se acorde o atenție deosebită alimentării cu energie a echipamentelor radio - bateriei, ca bază pentru funcționarea lor neîntreruptă. Ținând cont de caracteristicile climatice ale țării noastre (prezența unui procent mare de teritorii cu o climă predominant rece, capacitatea de a desfășura cu succes operațiuni de luptă în unele zone operaționale din Orientul Îndepărtat doar în lunile de iarnă), menținerea optimă a temperaturii termice. condițiile de funcționare a bateriei în condiții de temperatură ambientală scăzută este una dintre cele mai importante sarcini. Condițiile de funcționare ale bateriilor care economisesc resursele determină în mare măsură funcționarea stabilă a sistemului de comunicații și, în consecință, finalizarea cu succes a misiunilor de luptă. 105 Știrile Universității de Stat Tula. Știința tehnică. 2016. Emisiune. 4 În acest moment, au fost dezvoltate destul de multe dispozitive de termostatizare. Dar dezavantajele comune pentru ei sunt în principal consumul de energie relativ mare (și sunt alimentate de la baterie în sine) și necesitatea participării umane la controlul procesului de termostatare. Ținând cont de dezavantajele de mai sus, în dispozitivul termostat în curs de dezvoltare, în combinație cu un corp termoizolant, se propune utilizarea unui element chimic de încălzire pe bază de acetat de sodiu suprasaturat trihidrat NaCH3COO 3H2O cu o temperatură de tranziție de fază de echilibru Тf = 331 K și căldura latentă de tranziție de fază rt = 260 kJ/kg, care este stabilă în condiții de suprarăcire cu introducerea de aditivi mici și poate fi suprarăcită, conform datelor, până la T = 263 K. O căutare de brevete a arătat prezența unui număr foarte mic de brevete care descriu acumulatori cu schimbare de fază termică (PTAC) care utilizează lichide suprarăcite ca materiale de stocare a căldurii (TAM). Aceasta indică absența practică în acest domeniu a soluțiilor tehnice dovedite care să permită implementarea unui proces controlat de eliberare a căldurii acumulate anterior. Având în vedere, de asemenea, că căldura specifică a tranziției de fază a TAM selectat este destul de mare și, în același timp, este capabilă să se suprarăciască la temperaturi foarte scăzute, atunci este necesar să se efectueze un studiu computațional independent al acestei substanțe pentru a identifica aplicabilitatea sa practică. Baza pentru construirea unui model matematic al TAFP este problema Stefan, care este o problemă despre distribuția temperaturii într-un corp în prezența unei tranziții de fază, precum și despre locația fazelor și viteza de mișcare a interfeței lor. . Pentru simplitate, vom lua în considerare o problemă plană (când suprafața de tranziție de fază este un plan). Din punct de vedere clasic, este o problemă de fizică matematică și se reduce la rezolvarea următoarelor ecuații: 2 dT1 2 d T1 = a1. pentru 0< x < ξ, 2 dτ dx 2 dT2 2 d T2 = a2 . для ξ < x < ∞, dτ dx 2 с дополнительными условиями T1 = C1 = const < Tф при x = 0, T2 = C = const > Tf și condițiile tranziției de fază 106 la τ = 0, (1) (2) (3) (4) Știrile Universității de Stat Tula. Știința tehnică. 2016. Emisiune. 4 2. În procesele reversibile de tranziție de fază TAM de cristalizare prin topire la τ = 0 se formează limitele de fază, câmpul de temperatură al TAM în faza de creștere este liniar, iar temperatura fazei care dispare este egală cu temperatura fazei tranziție. 3. Nu există conductivitate termică a TAM pe direcția longitudinală. 4. Procesul de transformare a fazei TAM se presupune a fi unidimensional. În acest caz, limitele de fază sunt neschimbate ca formă și în fiecare moment de timp reprezintă suprafețe cilindrice situate concentric față de pereții corpului elementului chimic de încălzire. 5. Pierderile de căldură în mediu de la TAFP în timpul descărcării acestuia și încălzirea părților stației radio adiacente carcasei bateriei nu sunt luate în considerare. 6. Coeficienții de transfer (transfer de căldură, transfer de căldură, conductivitate termică) și capacitățile termice specifice sunt constante și nu depind de temperatură. Procesul de schimb de căldură convectiv între TAM și pereții corpului elementului chimic de încălzire este descris de ecuația q ori (τ) = ak ⋅ Fк (Ttam (τ) − Tк (τ)), (11) unde q ori (τ) este puterea termică dată corpului elementului de încălzire chimic , W; ak este coeficientul de transfer de căldură de la TAM la corpul elementului de încălzire chimic, W/(m2·K); Fк – zona de contact dintre TAM și peretele interior al corpului elementului de încălzire chimic, m2; Ttam(τ) – temperatura materialului acumulator de căldură, K; Tk(τ) este temperatura peretelui corpului elementului de încălzire chimic, K. La τ>0 sunt valabile următoarele ecuații: Tf − T acolo (τ) q ori (τ) = λtv ⋅ ⋅ Fк, (12) t z (τ) dz ( τ) q ori (τ) = ρ tv ⋅ r ⋅ ⋅ Fк, (13) t r d (τ) unde λtv t este coeficientul de conductivitate termică al TAM în fază solidă, W/(m K) ; z(τ) – grosimea stratului TAM cristalizat la momentul τ, m; 3 ρ tv t – densitatea TAM în faza solidă, kg/m. Ipoteza acceptată cu privire la descrierea stării termice a corpului unui element chimic de încălzire prin temperatura sa medie face posibilă nu calcularea câmpurilor locale de viteză și a coeficienților de transfer de căldură în diferite puncte. Atunci pentru τ>0 este valabilă următoarea ecuație: q ori (τ) = a t ⋅ Ft (Ttam (τ) − Tk (τ)), (14) 108 Științe militare speciale unde at este coeficientul de transfer de căldură din materialul de depozitare la suprafața de schimb de căldură, W/(m2·K); Ft – suprafața de schimb de căldură, m2; Avand in vedere ca caldura furnizata corpului elementului de incalzire chimic merge sa ii mareasca energia interna si la pierderea de caldura in corpul bateriei, la τ>0 are loc urmatoarea ecuatie: dT (τ) q ori (τ) = Sk ⋅ k + av ⋅ Fв ( Tv (τ) − T0), (15) dτ unde Sk este capacitatea termică totală a corpului elementului de încălzire chimic în contact cu corpul bateriei, J/K; ав este coeficientul de transfer de căldură de la pereții elementului de încălzire chimic la suprafața bateriei, W/(m2·K); Fв – suprafața corpului elementului de încălzire chimic în contact cu corpul bateriei, m2; T0 – temperatura inițială a bateriei, K. Ultima ecuație care descrie procesul de funcționare a sistemului TAFP - carcasă baterie la τ>0 este ecuația de echilibru: q ori (τ) = av ⋅ Sk ⋅ (Tk (τ) − Tv (τ)). (16) Sistemul de ecuații (11 – 16) este un model matematic al funcționării sistemului de încălzire a carcasei bateriei în perioada de descărcare a TAFP. Funcțiile necunoscute din acesta sunt qraz(τ), z(τ), Tk(τ), TV(τ), Ttam(τ). Deoarece numărul de funcții necunoscute este egal cu numărul de ecuații, acest sistem este închis. Pentru a o rezolva în cazul luat în considerare, formulăm condițiile inițiale și la limită necesare: q ori (0) = 0   0 ≤ z (τ) ≤ δ ; z (0) = 0  t (17)  Tk (0) ≈ Tf  TB (0) = Tb (0) = TThere (0) = T0 unde δ t – grosimea carcasei bateriei, m; TB – temperatura bateriei la momentul τ, K. Prin transformări algebrice ale ecuațiilor (11 – 17) obținem un sistem format din două ecuații diferențiale: E − D ⋅ Tк (τ) dz (τ) (18) = , dτ N ⋅ ( W + B ⋅ z (τ)) dTк (τ) E − D ⋅ Tк (τ) = − I ⋅ Tк (τ) + M , (19) dτ Z + Y ⋅ z (τ) unde B, W, D , E, I, M, N, Z, Y – unele constante calculate folosind formulele (20 – 28): B = ав ⋅ ат ⋅ Fв ⋅ Fц, (20) 109 Proceedings of Tula State University. Știința tehnică. 2016. Emisiune. 4 W = (a t ⋅ Fk + av ⋅ Fv) ⋅ λtv t ⋅ Fk, D = B ⋅ λtv t ⋅ Fk, E = D ⋅ Tf, a ⋅F I= B B, SB M = I ⋅ T0 , (21 ) 22) (23) (24) (25) (26) N = ρ tv t ⋅ rr ⋅ Fк, Z = W ⋅ SB, (27) Y = B ⋅ SB. (28) 2 unde aB este coeficientul de difuzivitate termică al bateriei, m/s, FB este aria suprafeței bateriei în contact cu elementul de încălzire chimic, m2; SB – capacitatea de căldură a bateriei, J/K. Analizând un sistem de ecuații diferențiale, putem concluziona că acestea sunt neliniare. Pentru a rezolva acest sistem cu condiții inițiale și limită, este indicat să folosiți metode numerice, de exemplu, metoda Runge-Kutta de ordinul al patrulea, implementată cu ajutorul programului de calculator Mathcad pentru Windows. Referințe 1. Studiul posibilității de utilizare a lichidelor suprarăcite ca materiale de stocare a căldurii în acumulatorii de căldură cu tranziție de fază instalați pe vehiculele mobile pentru preîncălzirea motoarelor acestora în timpul iernii: raport de cercetare (final) / Militar. inginer tehnic Universitate; mâinile V.V. Shulgin; resp. interpret: A.G. Melentiev. Sankt Petersburg, 2000. 26 p. nr. 40049-L. Inv. Nr. 561756-OF. 2. Bulychev V.V., Chelnokov V.S., Slastilova S.V. Dispozitive de stocare a căldurii cu tranziție de fază pe bază de aliaje Al-Si // Noutăți ale instituțiilor de învățământ superior. Metalurgia feroasă. Nr. 7. 1996. P. 64-67. 3. Studiul posibilității de utilizare a lichidelor suprarăcite ca materiale de stocare a căldurii în acumulatorii de căldură cu tranziție de fază instalați pe autovehiculele mobile pentru preîncălzirea motoarelor acestora pe timpul iernii: raport de cercetare (interimare la etapa nr. 3) / Militar. inginer tehnic Universitate; mâinile V.V. Shulgin; resp. interpret: A.G. Melentiev. Sankt Petersburg, 2000. 28 p. nr. 40049-L. Inv. Nr. 561554-OF. 4. Patankar S.V., Spaulding D.B. Transferul de căldură și masă în straturi limită / ed. acad. Academia de Științe a BSSR A.V. Lykova. M.: Energie, 1971. 127 p. 5. Mathcad 6.0 PLUS. Calcule financiare, de inginerie și științifice în mediul Windows 95 / traducere din engleză. M.: Editura de informare „Filin”, 1996. 712 p. 110 Științe militare speciale Lagutina Elizaveta Igorevna, conferențiar al catedrei de comunicații radio, radioreleu, troposferice, prin satelit și prin fir, [email protected], Rusia, Ryazan, Ryazan Școala Superioară de Comandă Aeriană MODEL MATEMATIC DE FUNCȚIONARE A SISTEMULUI ÎNCĂLZIREA BATERIEI CU UTILIZAREA UNUI ELEMENT DE ÎNCĂLZIRE CHIMIC E.I. Lagutina În articol, modelul matematic al procesului de menținere a bateriei în condiții termice optime la temperaturi ambientale scăzute folosind un element de încălzire chimic. Cuvinte cheie: controlul temperaturii, transfer de căldură convectiv, baterie, element de încălzire chimic, model matematic. Lagutina Elizaveta Igorevna, adjunct al departamentului de radio, releu radio, comunicații troposferice, prin satelit și fir, [email protected], Rusia, Ryazan, Ryazan Școala superioară de comandă aeriană UDC 62-8 ANALIZA COMPARAȚĂ A MODELELOR MATEMATICE ALE PROCESELOR DINAMICE A GAZULUI ÎN UN VOLUM DE DEBUT A.B. Nikanorov În această lucrare, a fost efectuată o analiză comparativă pentru a determina domeniul de aplicare utilă a modelelor matematice ale proceselor gaz-dinamice în volume de curgere, obținute pe baza legilor de conservare a masei, energiei și impulsului obținute. pentru parametrii integrali medii ai mediului. Cuvinte cheie: acționare aerodinamică a direcției, legea conservării, model matematic, sistem de alimentare, volumul debitului. Lucrarea a luat în considerare o abordare pentru construirea de modele ale proceselor gaz-dinamice bazate pe legile de conservare de bază pentru funcțiile termodinamice și parametrii integrali medii pe volum și suprafață. Se obține un model matematic pentru procesele gaz-dinamice într-un volum de curgere. Acest articol discută modele ale următorului nivel de idealizare: 1. Modelul proceselor cvasi-statice într-un volum de curgere pentru funcții și parametri termodinamici integrali medii. Să considerăm procesul care are loc în volumul w0 (Fig. 1), în timp ce presupunem că este cvasistatic, adică presupunând că viteza de mișcare a gazului în volum, precum și viteza procesului mecanic de deformare a suprafeței de control, este neglijabilă în comparație cu vitezele de transfer al mediului prin suprafața de control a volumului. 111

Vizualizari: 57466

În ultimii ani, așa-numitele baterii „inteligente”, sau cu alte cuvinte bateriile inteligente, au câștigat popularitate. Bateriile din acest grup sunt echipate cu un microprocesor care este capabil nu numai să schimbe date cu încărcătorul, ci și să regleze funcționarea bateriilor și să informeze utilizatorul despre gradul de performanță al acestora. Bateriile echipate cu un sistem de control inteligent specializat sunt utilizate pe scară largă într-o mare varietate de echipamente electrice tehnice, inclusiv vehicule electrice. Este de remarcat faptul că grupul de baterii inteligente este format în principal din baterii care conțin litiu, deși printre acestea se găsesc și baterii cu plumb-acid și nichel-cadmiu sigilate sau ventilate.

Bateriile inteligente sunt cu cel puțin 25% mai scumpe decât bateriile obișnuite. Cu toate acestea, bateriile inteligente diferă nu numai prin preț, așa cum presupun majoritatea oamenilor, ci și prin caracteristicile dispozitivului de control inclus cu ele. Acesta din urmă garantează identificarea tipului de baterii cu încărcătorul, monitorizează temperatura, tensiunea, curentul și starea de încărcare a bateriilor. O parte semnificativă a modulelor bateriei litiu-ion au un sistem de monitorizare și control încorporat ( BMS), care răspunde de starea bateriilor și le gestionează astfel încât să maximizeze performanța bateriilor în diferite condiții.

Să aruncăm o privire mai atentă la ce este o baterie cu un BMS. Bateriile inteligente sunt baterii echipate cu un cip special în care sunt programate date permanente și temporare. Datele permanente sunt programate din fabrica si nu pot fi modificate: date privind seria de productie BMS, marcarea acesteia, compatibilitate cu tipul de baterie, tensiune, limite maxime si minime de tensiune, limite de temperatura. Datele temporare sunt date care fac obiectul actualizării periodice. Acestea includ în primul rând cerințele operaționale și datele utilizatorului. De regulă, este posibil să conectați sistemul de control și echilibrare la un computer sau controler pentru a monitoriza starea bateriilor și a controla parametrii acestora. Unele modele BMS pot fi configurate pentru diferite tipuri de baterii (niveluri de tensiune, valori de curent, capacitate).

Sistemul de management al bateriei (BMS) este un sistem electronic care controlează procesul de încărcare/descărcare al unei baterii, este responsabil pentru siguranța funcționării acesteia, monitorizează starea bateriei și evaluează datele de performanță secundare.

BMS (Sistem de management al bateriei)– aceasta este o placă electronică care este plasată pe baterie pentru a controla procesul de încărcare/descărcare a acesteia, pentru a monitoriza starea bateriei și a elementelor sale, a controla temperatura, numărul de cicluri de încărcare/descărcare și pentru a proteja componentele a bateriei. Sistemul de control și echilibrare asigură controlul individual al tensiunii și rezistenței fiecărui element al bateriei, distribuie curenții între componentele bateriei în timpul procesului de încărcare, controlează curentul de descărcare, determină pierderea capacității din dezechilibru și garantează conectarea/deconectarea în siguranță. a sarcinii.

Pe baza datelor primite, BMS efectuează echilibrarea încărcării celulelor, protejează bateria de scurtcircuit, supracurent, supraîncărcare, supradescărcare (tensiune mare și excesiv de scăzută a fiecărei celule), supraîncălzire și hipotermie. Funcționalitatea BMS permite nu numai îmbunătățirea funcționării bateriilor, ci și maximizarea duratei de viață a acestora. Atunci când este detectată o stare critică a bateriei, Sistemul de management al bateriei reacționează în consecință eliberând o interdicție de utilizare a bateriei în sistemul electric - oprindu-l. Unele modele BMS oferă posibilitatea de a menține un registru (înregistrare a datelor) despre funcționarea bateriei și transferul ulterior pe un computer.

Bateriile cu litiu fier fosfat (cunoscute ca LiFePO4), care sunt semnificativ superioare altor tehnologii de baterii litiu-ion în ceea ce privește siguranța, stabilitatea și performanța, vin și cu circuite de control BMS. Faptul este că bateriile cu litiu fier fosfat sunt sensibile la supraîncărcare, precum și la descărcarea sub o anumită tensiune. Pentru a reduce riscul de deteriorare a celulelor individuale ale bateriei și defecțiunea bateriei în ansamblu, toate bateriile LiFePO4 sunt echipate cu un circuit electronic special de echilibrare - un sistem de gestionare a bateriei (BMS).

Tensiunea de pe fiecare dintre celulele combinate într-o baterie cu fosfat de litiu și fier trebuie să fie în anumite limite și să fie egală între ele. Situația este de așa natură încât, în mod ideal, capacitatea egală a tuturor celulelor care alcătuiesc o singură baterie este o apariție destul de rară. Chiar și o mică diferență de câteva fracțiuni de amperi-oră poate provoca o diferență suplimentară a nivelului de tensiune în timpul procesului de încărcare/descărcare. Diferența dintre nivelul de încărcare/descărcare al celulelor unei singure baterii LiFePO4 este destul de periculoasă, deoarece poate distruge bateria.

Când celulele sunt conectate în paralel, tensiunea pe fiecare dintre ele va fi aproximativ egală: mai multe elemente încărcate le vor putea scoate pe cele mai puțin încărcate. Cu o conexiune în serie, nu are loc distribuția uniformă a sarcinii între celule, drept urmare unele elemente rămân subîncărcate, în timp ce altele sunt reîncărcate. Și chiar dacă tensiunea totală la sfârșitul procesului de încărcare este aproape de ideală, din cauza chiar și a unei ușoare supraîncărcări a unor celule din baterie, vor avea loc procese distructive ireversibile. În timpul funcționării, bateria nu va oferi capacitatea necesară și, din cauza distribuției inegale a încărcării, va deveni rapid inutilizabilă. Celulele cu cel mai scăzut nivel de încărcare vor deveni un fel de „punct slab” al bateriei: vor ceda rapid la descărcare, în timp ce celulele bateriei cu o capacitate mai mare vor suferi doar un ciclu de descărcare parțială.

Metoda de echilibrare vă permite să evitați procesele distructive negative în baterie. Sistemul de control și echilibrare a celulelor BMS asigură că toate celulele primesc tensiune egală la sfârșitul încărcării. Când procesul de încărcare se apropie de sfârșit, BMS efectuează echilibrarea prin manevrarea celulelor încărcate sau transferă energia elementelor cu o tensiune mai mare către elementele cu o tensiune mai mică. Spre deosebire de echilibrarea activă, cu echilibrarea pasivă, celulele care și-au reîncărcat aproape complet încărcarea primesc mai puțin curent sau sunt excluse din procesul de încărcare până când toate celulele bateriei au același nivel de tensiune. Sistemul de management al bateriei (BMS) oferă echilibrare, control al temperaturii și alte funcții pentru a maximiza durata de viață a bateriei.

De obicei, magazinele vând baterii prefabricate gata făcute cu BMS, dar unele magazine și companii oferă în continuare posibilitatea de a achiziționa separat componente ale bateriilor. Compania Elektra este una dintre ele. Electra este prima companie din Ucraina care a decis să furnizeze și să creeze o piață pentru celulele de baterii pentru auto-asamblarea și proiectarea bateriilor cu litiu fier fosfat (LiFePO4) în țara noastră. Principalul avantaj al auto-asamblarii bateriilor din celule individuale este posibilitatea de a obtine un kit de baterii prefabricate cat mai apropiat de nevoile utilizatorului in ceea ce priveste parametrii de functionare si capacitate. Atunci când achiziționați componente pentru asamblarea unei baterii LiFePO4, este important să acordați atenție nu numai la conformitatea celulelor bateriei între ele, ci și să priviți parametrii BMS: tensiune, curent de descărcare, numărul de celule pentru care este proiectat. . Funcționarea unei baterii cu litiu fosfat de fier necesită, de asemenea, utilizarea doar a unui încărcător care se potrivește tipului său. Tensiunea sa ar trebui să fie egală cu tensiunea totală a bateriei.

24v 36v 48v 60v

Principalele scopuri ale utilizării BMS (BatteryManagementSystem) ca regulator de baterie:

Protecția celulelor bateriei și a întregii baterii împotriva deteriorării;

Durată de viață crescută a bateriei;

Mentinerea bateriei intr-o stare in care sa fie posibila indeplinirea tuturor sarcinilor care i-au fost atribuite in maxima masura posibila.

FuncțiiBMS (Sistem de management al bateriei)

1. Monitorizarea stării celulelor bateriei în ceea ce privește:

- Voltaj: tensiunea totală, tensiunea celulei individuale, tensiunea minimă și maximă a celulei;

- temperaturi: temperatura medie, temperatura electrolitului, temperatura de ieșire, temperatura celulelor individuale ale bateriei, plăci BMS(placa electronică este de obicei echipată atât cu senzori interni de temperatură care monitorizează temperatura dispozitivului de control în sine, cât și externi care sunt utilizați pentru a monitoriza temperatura anumitor elemente ale bateriei);

- sarcina si adancimea descarcarii;

- curenți de încărcare/descărcare;

- utilitate

Sistemul de control și echilibrare al celulei poate stoca în memorie indicatori precum numărul de cicluri de încărcare/descărcare, tensiunea maximă și minimă a celulei, valorile maxime și minime ale curentului de încărcare și descărcare. Aceste date vă permit să determinați starea de sănătate a bateriei.

Încărcarea necorespunzătoare este una dintre cele mai frecvente cauze ale defecțiunii bateriei, astfel încât controlul încărcării este una dintre funcțiile principale ale microcontrolerului BMS.

2. Calcul intelectual. Pe baza punctelor de mai sus, BMS face o evaluare:

Curent de încărcare maxim admisibil;

Curent de descărcare maxim admisibil;

Cantitatea de energie furnizată din cauza încărcării sau pierdută în timpul descărcării;

Rezistența internă a celulei;

Durata totală de funcționare a bateriei în timpul funcționării (numărul total de cicluri de funcționare).

3. Conectat. BMS poate furniza datele de mai sus dispozitivelor de control externe prin comunicare prin cablu sau fără fir.

4. Protectiv. BMS protejează bateria împiedicând-o să-și depășească limitele de funcționare sigure. BMS garantează siguranța conectării/deconectării sarcinii, control flexibil al sarcinii, protejează bateria de:

Supracurent;

Supratensiune (în timpul încărcării);

Tensiunea scade sub nivelul permis (în timpul descărcării);

Supraîncălzire;

Hipotermie;

Scurgeri de curent.

BMS poate preveni un proces periculos pentru baterie prin influențarea directă a acestuia sau prin transmiterea unui semnal corespunzător despre imposibilitatea utilizării ulterioare a bateriei către dispozitivul de control (controller). Sistemul inteligent de monitorizare (BMS) deconectează bateria de la sarcină sau încărcător atunci când cel puțin unul dintre parametrii de funcționare depășește intervalul permis.

5. Echilibrare. Echilibrarea este o metodă de distribuire uniformă a încărcării între toate celulele unei baterii, maximizând astfel durata de viață a bateriei.

BMS previne supraîncărcarea excesivă, încărcarea insuficientă și descărcarea neuniformă a celulelor individuale ale bateriei:

Prin „amestecare” energie de la celulele cele mai încărcate la cele mai puțin încărcate (echilibrare activă);

Prin reducerea fluxului de curent la o celulă aproape complet încărcată la un nivel suficient de scăzut, în timp ce celulele bateriei mai puțin încărcate continuă să primească curent de încărcare normal (principiul bypass),

Furnizarea procesului de încărcare modular;

Prin reglarea curenților de ieșire ai celulelor bateriei conectate la un dispozitiv electric.

Pentru a proteja placa BMS de efectele negative ale umezelii și prafului, aceasta este acoperită cu un etanșant epoxidic special.

Bateriile nu au întotdeauna un singur sistem de control și echilibrare. Uneori, în loc de o placă BMS conectată prin fire de ieșire la baterie și controler, sunt utilizate mai multe plăci electronice de control interconectate, fiecare dintre acestea controlând un anumit număr de celule și furnizează date de ieșire unui singur controler.

Din punct de vedere practic, BMS-urile pot face mult mai mult decât gestionarea bateriei. Uneori, acest sistem electronic poate participa la monitorizarea parametrilor modului de funcționare a unui vehicul electric și poate efectua acțiuni adecvate pentru a controla puterea electrică a acestuia. Dacă bateria este implicată în sistemul de recuperare a energiei la frânarea unui vehicul electric, atunci BMS poate regla și procesul de reîncărcare a bateriei în timpul decelerației și coborârii.