В Южно-Уральском государственном университете создают принципиально новое зарядное устройство, которое совмещает в себе высокий уровень безопасности и приемлемое время зарядки. Теперь полностью зарядить болид можно будет за 3 часа 32 минуты (током в 30 ампер) или за 5 часов 15 минут (в случае 20 ампер). Результаты исследования были опубликованы в высокорейтинговом научном журнале.
Над проектом работает команда молодых инженеров из Студенческого конструкторского бюро. Устройство планируют использовать для суперсовременного электроболида класса Formula Student Electric.
По словам создателей, эта область исследований будет очень актуальной в ближайшем будущем, когда мы будем наблюдать перевод транспорта с дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания на электрические двигатели.
Сегодня существует два варианта передачи энергии для аккумуляторных батарей (АКБ): беспроводной и проводной. Беспроводная передача энергии происходит без использования токопроводящих жил в электрической цепи. Однако беспроводная зарядка для электромобилей носит скорее экспериментальный характер. Например, в Швеции и Германии есть электрические и гибридные автобусы с функцией беспроводной зарядки. Широкого распространения эта технология не получила из-за высокой стоимости постройки остановочных комплексов подобной конструкции. По словам ученых, для полного оборудования короткого маршрута понадобилось 4 млн евро.
Более дешевым, простым и надежным способом передачи энергии является проводное зарядное устройство.
Существуют и ультрабыстрые стационарные зарядные станции с большой зарядной мощностью и несъемным зарядным кабелем. Быстрые зарядные станции передают в электромобиль одно- или трехфазный переменный ток. На некоторых из них зарядные кабели представляют собой элемент станции, на других предусмотрена только розетка, а кабель автовладельцу надо использовать свой. Их цена начинается от 101 тыс. рублей. Большинство медленных зарядных станций рассчитаны на мощность до 3 кВт, однако существуют модели, способные выдавать до 6 кВт. Поскольку медленные зарядные станции выдают переменный ток, то, как и в случае с быстрыми зарядными станциями, время зарядки электромобиля варьируется в зависимости от мощности бортового зарядного устройства. Их стоимость еще ниже и начинается от 60 тыс. рублей.
Проанализировав рынок, ученые пришли к выводу, что существует большое количество зарядных устройств, однако они предназначены для стандартизированных зарядных разъемов и не имеют функций раздельной передачи энергии, которая требуется для электромобилей класса Formula Student Electric (тяговая АКБ и система безопасности тяговой АКБ), а использование внутренних преобразователей ведет к увеличению массы болида.
«Сейчас уже точно можно сказать, что наша модель позволяет обеспечить заданное в регламенте время и полноту зарядки аккумуляторной батареи. Представлена практическая реализация зарядного устройства болида, а также средств автоматизации его функционирования и обеспечения защиты. Мы смоделировали принципиальную схему зарядного устройства на основе двух источников питания 42 и 12 вольт. Были смоделированы и два варианта зарядки: током в 30 и 20 ампер, теоретическое время зарядки составило в случае 30 ампер 3 часа 32 минуты до 100% и 1 час 47 минут до 50%, в случае 20 ампер ― 5 часов 15 минут и 2 часа 40 минут, соответственно», ― рассказал руководитель проекта, профессор Александр Гриценко.
Модель зарядного устройства разработали в программе Matlab Simulink, которая позволяет производить точное моделирование работы компонентов системы во всем диапазоне возможных условий эксплуатации болида.
При работе над проектом была создана и графически представлена модель реализации зарядки автомобильной аккумуляторной батареи в адаптивном режиме при широкой вариации тока и напряжения зарядки.
Учитывая подобранные оптимальные компоненты для сборки зарядного устройства, его итоговая стоимость составила 134 440 рублей. Кроме самого зарядного устройства, была спроектирована и 3D-модель стеллажа для его безопасного передвижения по территории гаража.
Важность разработки состоит в практической реализации зарядного устройства для болида класса Formula Student Electric, адаптивности режимов зарядки аккумуляторной батареи, подборе элементов системы защиты. Молодые ученые уверены, что этот болид может служить прототипом для создания подобных гоночных машин близкой или большей мощности, а представленные схемы электронных компонентов и устройств могут быть адаптированы и применены в электромобилях общего пользования.