Математические модели источников питания автономных транспортных средств

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________

В.Н. АНОСОВ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ 

ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

АВТОНОМНЫХ 

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета 

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2009

УДК 621.352.001.57 (075.8)

А 695

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. Н.И. Щуров;

канд. техн. наук, доц. В.М. Кавешников

Работа подготовлена кафедрой электропривода и автоматизации 
промышленных установок для студентов факультета мехатроники 

и автоматизации и заочного факультета

Аносов В.Н. 

А 695
Математические модели источников питания автономных 

транспортных средств : учеб. пособие / В.Н. Аносов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. – 44 с.

ISBN 978-5-7782-1231-2

В пособии предлагается единый подход к математическому описа
нию источников питания, заданных разрядно-зарядными характеристиками. Приводятся обобщенные структурные схемы различных источников питания.

Пособие предназначено для студентов специальности «Электро
оборудование автомобилей и тракторов», а также может быть полезно 
магистрантам и аспирантам, занимающимся разработкой и исследованием систем автоматического управления автономных транспортных 
средств.

УДК 621.352.001.57 (075.8)

ISBN 978-5-7782-1231-2
© Аносов В.Н., 2009
© Новосибирский государственный 

технический университет, 2009

ВВЕДЕНИЕ

Многие промышленные предприятия имеют достаточно большой 

парк машин напольного безрельсового электротранспорта (электропогрузчики, электрокары и др.), источниками питания которых являются 
аккумуляторные батареи (АБ). Это связано с тем, что с каждым годом 
возрастает объем перевозок малогабаритного груза на железнодорожных вокзалах, в грузовых портах, складских помещениях и т. д. Значительная часть указанных транспортных средств (ТС) имеет устаревшие 
морально и физически системы управления тяговыми электроприводами, которые нуждаются в модернизации. Такие ТС имеют существенный недостаток, а именно малое время пробега между двумя соседними зарядами АБ. Если учесть, что АБ заряжается 6–8 часов, а разряжается за 2–3 часа, то можно сделать вывод о том, что ТС большую 
часть рабочего цикла простаивает на зарядной станции. Поэтому для 
выполнения определенного объема перевозок предприятие должно 
иметь значительный парк автономных ТС.

В связи с этим перед специалистами остро ставится вопрос об 

энергосбережении в сфере деятельности электрического транспорта. 
Установка полупроводниковых систем управления тяговым приводом 
увеличивает время межзарядного пробега ТС, но приводит к появлению дополнительных потерь, связанных с процессами коммутации. 
Кроме того, в приводе возникают потери, вызванные нагрузкой и ее 
изменением. Для снижения указанных потерь и дальнейшего увеличения величины пробега требуется включать в состав энергоустановки 
дополнительные устройства, так как возможности совершенствования 
существующих АБ в настоящее время практически исчерпаны.

Таким образом, создание экономичного транспортного средства 

может вестись по двум направлениям.

1. Поиск альтернативных источников питания.
2. Разработка комбинированных энергоустановок (КЭУ), вклю
чающих в себя электроприводы как постоянного, так и переменного 

тока, которые интенсивно внедряются в промышленности и на транспорте.

Аккумуляторная батарея является основным элементом системы 

электроснабжения автомобилей. Она предназначена для питания стартера при пуске двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и других потребителей при неработающем генераторе или недостатке развиваемой 
мощности.

Для облегчения запуска ДВС широко используются пусковые уст
ройства, содержащие в своем составе электрохимические конденсаторы (ионисторы), которые помимо этого применяются на электротранспорте в качестве основного или буферного источника энергии.

При исследовании систем управления с указанными источниками 

питания важно знать их математическое описание.

1. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

В связи с развитием электроприводов с автономными источниками 

питания химические источники тока (ХИТ) продолжают играть важную роль, особенно на подвижных объектах напольного электротранспорта, единственным источником питания которых они являются. Характеристики аккумуляторной батареи (АБ), зависящие от тока разряда, температуры окружающей среды, условий эксплуатации и прочего,
оказывают существенное влияние на работу системы автоматического 

0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
(5)

0
20
40
60
80
100
120 4(4)

0
1,6
3,2
4,8
6,4
8
9,8 4(3)

0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4 4(2)

0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2 4(1)

0,9

1,1

1,3

1,5

Напряжение, В

н
Q
Q/

5

4

3

2

1

U, B

Рис. 1.1. Разрядные кривые никель-железных аккумуляторов при нор
мальной температуре:

1 – разряд током, численно равным номинальной емкости (
р
н
I
Q

); 2 – разряд 

током 
р
н
0,5
I
Q ; 3
–
разряд током 
р
н
0,125
I
Q ; 4
–
разряд током 

р
н
0,01
I
Q ; 5 – кривая зависимости ЭДС от относительной разрядной емкости 

аккумуляторов. Пунктиром нанесены расчетные кривые

U, В

Q/Qн

1

2

5

3

4

Напряжение, В