ВПЛИВ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ РОТОРА МАХОВИКА НА ЕНЕРГЕТИЧНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ - Научное сообщество
Главная
UA PL EN

Вас приветствует Интернет конференция!

Приветствуйем на нашем сайте

Рік заснування видання - 2011

ВПЛИВ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ РОТОРА МАХОВИКА НА ЕНЕРГЕТИЧНУ ЕФЕКТИВНІСТЬ ЕЛЕКТРОМОБІЛЯ

10.12.2025 20:29

[3. Nauki techniczne]

Автор: Пороховський Роман Юрійович, студент, Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів; Пороховський Юрій Васильович, кандидат технічних наук, доцент, Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів


ORCID: 0000-0002-3616-2795 Пороховський Ю.В.

Поглиблення глобальної енергетичної кризи, нестабільність цін на викопне паливо та суттєве посилення екологічних вимог до транспортних засобів зумовлюють незворотний перехід до електромобільності. Електромобілі розглядаються світовою спільнотою як ключовий інструмент декарбонізації транспортного сектору, що дозволяє зменшити викиди парникових газів та акустичне забруднення міст [1]. Однак, незважаючи на прогрес у технологіях, масове впровадження електромобілів досі стримується низкою техніко-економічних бар'єрів. До них належать висока вартість тягових батарей, їх обмежений ресурс, тривалий час заряджання та залежність запасу ходу від режимів руху й температурних умов.

Особливо гострою є проблема пікових навантажень в умовах інтенсивного міського трафіку. Часті цикли розгону та гальмування створюють значні струмові перевантаження, які призводять до перегріву акумуляторних комірок та прискорення їх деградації. Перспективним напрямом вирішення цієї проблеми є застосування гібридних (комбінованих) систем накопичення енергії, де електрохімічна батарея працює в парі з «буферним» джерелом високої питомої потужності. Одним із найефективніших варіантів такого буфера є маховиковий акумулятор енергії (МАЕ), здатний витримувати мільйони циклів заряду-розряду. Ключовим параметром, що визначає ефективність такої системи, є момент інерції ротора маховика, обґрунтування якого потребує детальних наукових досліджень.

Метою роботи є розроблення методики оцінки впливу моменту інерції ротора маховика на енергетичні показники електромобіля та визначення його раціональних значень для підвищення пробігу на одному заряді.

Для досягнення мети було сформовано математичну модель енергетичного балансу електромобіля, яка базується на рівняннях руху транспортного засобу. Модель враховує сили опору коченню, аеродинамічного опору, інерційні сили поступального руху маси автомобіля та обертових мас трансмісії. Ключовою особливістю моделі є інтеграція маховикового акумулятора як додаткового джерела/споживача енергії. Алгоритм керування передбачає, що МАЕ накопичує кінетичну енергію під час рекуперативного гальмування та віддає її в моменти пікового споживання потужності (інтенсивний розгін), розвантажуючи таким чином основну тягову батарею.

Чисельне моделювання проводилося з використанням стандартизованого їздового циклу WLTC (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle), який найточніше відображає реальні умови експлуатації в місті та на трасі. Об'єктами дослідження обрано два електромобілі різних вагових категорій: Nissan Leaf (C-клас, 40 кВт·год) та Tesla Model 3 Long Range (D-клас, ~75 кВт·год).

Базовий розрахунок для Nissan Leaf (без встановлення маховика) показав питоме споживання енергії на рівні 16,5 кВт·год/100 км із запасом ходу близько 218 км, що корелює з паспортними даними [2]. Для аналізу впливу МАЕ було розглянуто три варіанти виконання ротора з різними моментами інерції: J1 = 0,08 кг·м², J2 = 0,16 кг·м² та J3 = 0,24 кг·м².

Результати показали чітку залежність ефективності від моменту інерції:

• При J1 = 0,08 кг·м² витрати енергії знизилися до 15,8 кВт·год/100 км, а запас ходу зріс до 228 км (+4,2 %).

• При J2 = 0,16 кг·м² досягнуто витрат 15,3 кВт·год/100 км, запас ходу — 235 км (+7,3 %).

• При J3 = 0,24 кг·м² отримано найкращі показники: 15,1 кВт·год/100 км та пробіг 238 км (+9,2 %).

Важливим результатом є зниження навантаження на батарею. Введення маховика (J3) дозволило зменшити пікову потужність розряду з 85 кВт до 63 кВт (зниження на 26 %). Середньоквадратична потужність, яка характеризує теплові навантаження, знизилася з 34 кВт до 26 кВт. Це свідчить про потенційне суттєве подовження терміну служби батареї.

Для перевірки універсальності запропонованого підходу аналогічне моделювання виконано для більш важкого та потужного електромобіля Tesla Model 3. У базовому варіанті його розрахунковий пробіг склав 490 км при витратах 14,3 кВт·год/100 км. Використання МАЕ з тими ж параметрами інерції дозволило знизити витрати до 13,1 кВт·год/100 км (при $J_3$), що забезпечило збільшення запасу ходу до 534 км. Відносний приріст пробігу склав близько 9 %, що співпадає з результатами для Nissan Leaf.

Аналіз отриманих залежностей дозволив встановити, що подальше збільшення моменту інерції понад 0,20–0,24 кг·м² є недоцільним. Криві ефективності виходять на "насичення", тоді як маса та габарити маховика продовжують зростати, створюючи проблеми для компонування автомобіля та збільшуючи паразитні втрати на тертя. Тому раціональним діапазоном моменту інерції ротора визначено інтервал J = 0,15...0,20 кг·м².

Висновки

1. Розроблена математична модель підтвердила високу ефективність використання маховикових акумуляторів енергії в електромобілях. Встановлення МАЕ дозволяє зменшити питомі витрати електроенергії на 4–9 % залежно від параметрів ротора.

2. Визначено, що оптимальний момент інерції ротора знаходиться в межах 0,15–0,20 кг·м². Це значення забезпечує компроміс між енергетичним виграшем (економія 7–8 %) та масогабаритними характеристиками системи.

3. Найвагомішим ефектом від впровадження системи є зниження пікових навантажень на тягову батарею на 24–26 %. Це дозволяє не лише збільшити миттєву динаміку розгону без шкоди для акумулятора, але й значно знизити його теплову напруженість, що є критично важливим для збереження ресурсу в умовах щільного міського трафіку.

Література

1. Xu K., Guo Y., Lei G., Zhu J. A Review of Flywheel Energy Storage System Technologies. Energies. 2023. Vol. 16, No. 18. Article 6462.

2. Nissan LEAF 40 kWh (MY23–25). EV-Database. URL: https://ev-database.org (дата звернення: 05.12.2025).

3. Tesla Model 3 Long Range AWD. EV-Database. URL: https://ev-database.org (дата звернення: 05.12.2025).



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Другие научные работы даной секции

Конференции

Конференции 2025

Конференции 2024

Конференции 2023

Конференции 2022

Конференции 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення