Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

ФАКУЛЬТЕТ «Специальное машиностроение»

КАФЕДРА СМ9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Научно-исследовательская работа на тему:

Разработка и верификация математической

модели тяговой аккумуляторной батареи

Студент ____СМ9-81_____ _________________ ______А. Д. Новиков____

(Группа) (Подпись, дата) (И.О.Фамилия)

Руководитель НИР _________________ ___ _Г. И. Скотников___

(Подпись, дата) (И.О.Фамилия)

Ответственный за НИР кафедры СМ9 _________________ _____А. А. Стадухин____

(Подпись, дата) (И.О.Фамилия)

Содержание

1 Обзор методов регистрации и логирования токов и напряжений электрических цепей 5

2 Разработка стенда для исследования ТАБ 8

3 Результаты экспериментов по исследованию ТАБ 16

4 Обзор методов построения эмпирических моделей 19

5 Обзор существующих моделей ТАБ 22

6 Описание полученной математической модели ячейки ТАБ 26

ТАБ – тяговая аккумуляторная батарея;

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;

– сила тока, А;

– напряжение, В;

Ni-Cad – никель-кадмиевая аккумуляторная батарея;

Ni-MH – никель-металлгидридная аккумуляторная батарея;

Li-Ion – литий-ионная аккумуляторная батарея;

ХИТ – химический источник тока;

ЭДС – электродвижущая сила;

НРЦ – напряжение разомкнутой цепи;

CC – Constant Current – постоянная сила тока;

CV – Constant Voltage – постоянное напряжение;

– максимальное напряжение аккумулятора, В;

– внутреннее сопротивление, Ом;

K – поляризационная составляющая, В;

А – экспоненциальная составляющая, В;

В – инверсная экспоненциальная составляющая, А ;

Q – полная емкость аккумулятора, Ач;

, – ток разряда аккумулятора, А.

– максимально допустимое напряжение аккумулятора, В;

– экспоненциальное напряжение аккумулятора, В;

– номинальное напряжение аккумулятора, В;

– номинальная емкость аккумулятора, Ач;

– минимальная емкость аккумулятора, Ач;

– КПД аккумулятора, %.

Введение

Развитие электротранспорта и соответствующих им систем хранения энергии играет значительную роль в развитии транспортной отрасли, и является приоритетной целью в улучшении экологической чистоты транспорта. Тяговые аккумуляторные батареи (ТАБ) играют ключевую роль в функционировании электромобилей и других электротехнических систем, обеспечивая им высокую мобильность и независимость от внешних источников энергии. Однако, эффективность и долговечность ТАБ напрямую зависят от её параметров и условий эксплуатации, в том числе – от правильного управления циклами зарядки-разрядки.

Создание точной математической модели ТАБ является актуальной задачей, позволяющей оптимизировать процессы проектирования, эксплуатации и управления этими системами. Моделирование позволяет предсказывать поведение ТАБ в различных режимах работы, оптимизировать параметры системы для достижения максимальной эффективности, а также прогнозировать срок службы батареи.

В данной работе предлагается подход к созданию математической модели ТАБ на основе экспериментальных данных. В основе модели лежит анализ зависимостей между входными параметрами (ток, напряжение, температура) и выходными параметрами (емкость, мощность, время заряда/разряда), полученных экспериментально.

Результаты данной работы позволят получить ценные знания о характеристиках ТАБ и разработать эффективные алгоритмы управления для оптимизации работы системы зарядки батарей.