Сохін П. А. Підвищення ефективності роботи зарядної інфраструктури електричних автотранспортних засобів

Дисертація присвячена підвищенню енергоефективності та екологічної чистоти автотранспортних засобів (АТЗ) та їх зарядної інфраструктури шляхом розробки пристроїв і систем енергозбереження та генерації електроенергії з використанням альтернативних поновлюваних джерел енергії. Актуальність дисертаційної роботи визначається необхідністю вирішення науково-практичного завдання з енергозбереження та застосування енергоефективних технологій на електричному автомобільному транспорті та його зарядній інфраструктурі. За 2022 р. кількість електромобілів на українських дорогах збільшилася на 56%. Отже, спостерігається невпинне зростання електричного автомобільного транспорту, причому, як в Україні, так і у всьому світі. У 2023 році світові продажі електромобілів зросли на 31%. Очікується, що у 2024 році глобальне зростання продажів електромобілів сягне від 25% до 30%. І така динаміка зростання кількості електричних автотранспортних засобів буде спостерігатися ще, як мінімум, найближче десятиріччя. Відсутність ефективних методів підвищення енергоефективності та екологічної чистоти автотранспортних засобів та їх зарядної інфраструктури призводить до уповільнення темпів переходу на новітній енергоефективний вид транспорту, який є повністю екологічно чистим, не утворює забруднюючих викидів у навколишнє середовище та сприяє стабільній і стійкій роботі енергосистеми при виникненні різного роду аварійних ситуацій, як то аварійні відключення, пошкодження її елементів та блекаути. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано новий підхід, щодо вирішення науково-практичного завдання з енергозбереження та застосування енергоефективних технологій на електричному автомобільному транспорті та його зарядній інфраструктурі шляхом інтеграції в електричну систему поновлювальних автономних джерел електроживлення та ефективного розподілу балансу потужності в даній енергосистемі. Проведений аналіз науково-технічної літератури щодо тенденції розвитку сучасних енергоефективних АТЗ показав, що даний цей вид транспорту перебуває на етапі його розвитку і потребує як вдосконалення, так і розробки нових рішень та методів, що підвищують його енергоефективність. Особливо це актуально для міських АТЗ, де поєднуються питання не тільки його енергоефективності, а ще й екологічності та можливості передавати енергію назад у електромережу. Тому, цей напрямок є актуальним і потребує подальшого дослідження. У роботі розглянуто різноманітні конструкції запропонованих пристроїв та систем генерації електричної енергії. Вибрано конструкцію з електричною машиною обертального типу та мультиплікатором для використання, як енергогенеруючої плити на тротуарах та у місцях з значною густиною людського потоку. Запропоновано для використання на дорогах загального користування, штучну дорожню нерівність з функцією генерації електроенергії, що призначена для обмеження швидкості автотранспортних засобів, і, одночасно, генерації електричної енергії. Проведено кінематичний синтез триступеневого мультиплікатора енергогенеруючої плити, що забезпечило мінімізацію вартості його виробництва. Підключення двох крокових двигунів до електромашинного вузлу енергогенеруючої плити дає змогу підвищити значення генерованої електроенергії, у прямому напрямку дії, при використанні косозубих шестерень у мультиплікаторі на 47,3 %, а з прямозубими шестернями на 61,7%, у зворотному напрямку дії – на 54,5% і 72,3% відповідно. Визначено, що один крок на енергогенеруючу плиту, в середньому, забезпечує генерацію, у прямому напрямку дії, при використанні косозубих шестерень у мультиплікаторі – 0,74 Вт електроенергії, а з прямозубими шестернями – 1,07 Вт електроенергії відповідно. Запропоновано спосіб активного балансування при заряді - розряді Li-ion АКБ, приведено його схемну реалізацію, описано конструкцію та принцип роботи. Використання запропонованого способу дозволяє спростити алгоритм роботи зарядно-балансуючого пристрою, поліпшити його схемну та конструктивну реалізацію, підвищити надійність і ККД його роботи, а також покращити співвідношення ціна-якість даного пристрою. Проведено розробку автономного джерела живлення для електромобілів та їх зарядної інфраструктури. Запропоновано дві моделі реалізації автономного джерела живлення – це з гібридним та автономним інверторами. Приведена схемна реалізація запропонованих моделей. Запропоновано метод та спосіб активного балансування Li-ion акумуляторних батарей під час їх заряду та розряду, що забезпечує заряд у два етапи, як від загального, так і від індивідуального джерела зарядного струму, причому, на другому етапі загальне джерело зарядного струму відключається.