Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 638698)
Контекстум
Электро-2024

Электромобиль: устройство, принцип работы, инфраструктура (5000,00 руб.)

0   0
Первый авторДжутон
АвторыОрсини Ф.
ИздательствоМ.: ДМК Пресс
Страниц442
ID837176
АннотацияЭта книга — результат работы большой группы исследователей и инженеров Groupe Renault. Рассмотрены различные варианты архитектуры автомобилей, водородные топливные элементы, детально описаны компоненты силовой установки электромобиля, аккумуляторы, зарядные станции, а также взаимодействие с энергосистемой. Рассказано об экосистеме электромобилей, экономических и экологических аспектах развития. Издание предназначено широкому кругу читателей, желающих лучше понять суть новой технологической революции — переход от бензинового и дизельного транспорта к электрическому. Также может быть полезно автолюбителям, рассматривающим приобретение электромобиля и желающим разобраться, что у него под капотом.
ISBN978-5-93700-101-6
УДК629.331
ББК39.33
Джутон, Э. Электромобиль: устройство, принцип работы, инфраструктура / Ф. Орсини; Э. Джутон .— Москва : ДМК Пресс, 2022 .— 442 с. — ISBN 978-5-93700-101-6 .— URL: https://rucont.ru/efd/837176 (дата обращения: 13.06.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Электромобиль_устройство,_принцип_работы,_инфраструктура_(1).pdf
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Стр.11
Стр.12
Стр.13
Электромобиль_устройство,_принцип_работы,_инфраструктура_(1).pdf
Энтони Джутон, Ксавье Рейн, Валери Совант-Мойно, Франсуа Орсини, Кристель Сабер, Седдик Бача, Оливье Бету, Эрик Лабуре ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ: устройство, принцип работы, инфраструктура Предисловия Патрика Бастарда, директора по исследованиям компании Groupe Renault, и Карлы Гохин, вице-президента по исследованиям и инновациям компании Stellantis Москва, 2022
Стр.4
УДК 629.331 ББК 39.33 Д42 Д42 Энтони Джутон, Ксавье Рейн, Валери Совант-Мойно, Франсуа Орсини, Кристель Сабер, Седдик Бача, Оливье Бету, Эрик Лабуре Электромобиль: устройство, принцип работы, инфраструктура / пер. с франц. В. И. Петровичева. – М.: ДМК Пресс, 2022. – 440 с.: ил. ISBN 978-5-93700-101-6 Эта книга – результат работы большой группы исследователей и инженеров Groupe Renault. Рассмотрены различные варианты архитектуры автомобилей, водородные топливные элементы, детально описаны компоненты силовой установки электромобиля, аккумуляторы, зарядные станции, а также взаимодействие с энергосистемой. Рассказано об экосистеме электромобилей, экономических и экологических аспектах развития. Издание предназначено широкому кругу читателей, желающих лучше понять суть новой технологической революции – переход от бензинового и дизельного транспорта к электрическому. Также может быть полезно автолюбителям, рассматривающим приобретение электромобиля и желающим разобраться, что у него под капотом. Copyright originally published in France as: Technologie des voitures électriques. Motorisations, Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в каbatteries, hydrogène, interactions réseau By Olivier Bethoux, Valérie Sauvant-Moynot, Anthony Juton, Seddik Bacha, Christelle Saber, Xavier Rain, Eric Labouré, François Orsini кой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 978-2-10-081806-8 (англ.) ISBN 978-5-93700-101-6 (рус.) © Dunod 2021, Malakoff © Оформление, перевод на русский язык, издание, ДМК Пресс, 2022
Стр.5
Оглавление Предисловие от издательства .......................................................... 13 Благодарность ................................................................................... 14 Список сокращений .......................................................................... 15 Предисловие ...................................................................................... 16 Примечание переводчика ................................................................ 20 Введение ............................................................................................ 21 Электромобиль – будущее автомобильной отрасли? .................... 21 В.1. Электрифицированные транспортные средства: гибридные, электрические, водородные ........................................................................................... 22 В.1.1. Микрогибридизация с помощью стартер-генератора (S&S) ....................23 В.1.2. Частичные гибриды (MHEV) ........................................................................24 В.1.3. Полные гибриды (HEV) ................................................................................25 В.1.4. Заряжаемый от электросети гибридный электромобиль (PHEV) .............27 В.1.5. Электромобиль с увеличенным запасом хода на электроэнергии (EREV) .............................................................................................................28 В.1.6. Аккумуляторный электромобиль (BEV) ......................................................30 В.1.7. Электромобиль на топливных элементах (FCEV) .......................................30 В.2. Рынок электромобилей в 2020 г. ...............................................................31 В.3. Действительно ли электромобиль оказывает положительное воздействие на окружающую среду? ........................................................33 В.3.1. Городской транспорт ....................................................................................35 В.3.2. Электромобили среднего и премиум-класса..............................................36 В.3.3. Автобус ..........................................................................................................37 В.3.4. Коммунальные услуги – грузовые автомобили ..........................................37 В.4. Является ли электромобиль экономически выгодным? .........................39 В.4.1. Городской транспорт ....................................................................................39 В.4.2. Автомобили среднего и премиум-класса ...................................................40 В.4.3. Автобус ..........................................................................................................41 В.4.4. Коммунальные службы – грузовые автомобили ........................................41 В.5. Достаточно ли сырьевых ресурсов для массового развития электротранспорта? ...................................................................................42 В.5.1. Медь ...............................................................................................................42 В.5.2. Литий .............................................................................................................42 В.5.3. Кобальт .........................................................................................................43 В.5.4. Редкоземельные металлы ............................................................................44 В.6. Заключение ............................................................................................................................. 45 Часть I Современное состояние и перспективы в области электромобилей ................................................................................ 47 Глава 1. Характеристики тягового электродвигателя ................... 48
Стр.6
6  Оглавление Глава 2. Текущие решения в области двигателей для электромобилей ......................................................................... 52 2.1. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами ..................52 2.2. Асинхронный электродвигатель ................................................................................. 58 2.3. Синхронный двигатель с фазным ротором .............................................67 2.4. Заключение ................................................................................................72 Глава 3. Современное состояние и перспективы технологий двигателей для электромобилей ...............................................................73 3.1. Магнитные материалы ..............................................................................73 3.1.1. Введение ........................................................................................................73 3.1.2. Магнитомягкие ферромагнитные материалы ...........................................73 3.1.3. Магнитотвердые ферромагнитные материалы: постоянные магниты ...76 3.2. Обмотка электромашин переменного тока .............................................78 3.2.1. Введение ........................................................................................................78 3.2.2. Укладка обмоток в выемки ..........................................................................78 3.2.3. Зубчатые обмотки .........................................................................................81 3.3. Способы охлаждения электрической машины ........................................83 3.3.1. Введение ........................................................................................................83 3.3.2. Воздушное охлаждение открытых электромашин .....................................85 3.3.3. Водяное охлаждение закрытых электромашин .........................................89 3.3.4. Охлаждение диэлектрической жидкостью (маслом) .................................90 3.3.5. Сравнение эффективности охлаждения электромашин в зависимости от конструкции и жидкостей ..............................................91 3.4. Нетрадиционные типы электромашин: синхронные машины с двойным возбуждением и машины с осевым потоком ........................93 3.4.1. Синхронные электромашины с двойным возбуждением .........................94 3.4.2. Электромашины с осевым потоком ............................................................95 3.5. Заключение ................................................................................................96 Глава 4. Силовая электроника и ее перспективы .......................... 97 4.1. Подробно об инверторе напряжения .......................................................97 4.1.1. Назначение инвертора .................................................................................97 4.1.2. Традиционное устройство и ключевые параметры инверторов ............100 4.1.3. Составные элементы стоимости оборудования .......................................101 4.2. Пределы возможностей текущих решений по интеграции ..................103 4.2.1. Уменьшение количества разъемов и электромагнитных помех .............104 4.2.2. Старение изоляторов и подшипников ......................................................106 4.2.3. Рабочее напряжение ...................................................................................107 4.2.4. Перспективы с точки зрения разделения обмоток электромашины ......108 4.3. Полупроводники с широкой запрещенной зоной .................................108 4.3.1. Сравнение физических свойств различных полупроводников силовой электроники ..................................................................................109 4.3.2. Направления исследований по интеграции компонентов с широкой запретной зоной в электромашины ........................................112 4.4. Заключение ..............................................................................................114
Стр.7
Оглавление  7 Часть II Современное состояние и перспективы совершенствования батарей электромобилей ................................................................ 115 Глава 5. Принцип работы и характеристики литий-ионной батареи ................................................................... 117 5.1. Общий принцип работы батарей ............................................................117 5.2. Энергия и мощность ................................................................................120 5.3. История создания литиевых батарей .....................................................121 5.4. Принцип работы литий-ионной системы ..............................................121 5.5. Выбор материала электродов ..................................................................123 5.6. Сепаратор и электролит ..........................................................................126 Глава 6. Производство литий-ионных батарей ............................ 127 6.1. Производство электродов........................................................................127 6.2. Сборка ячейки ..........................................................................................128 6.3. Завершение/тренировка ..........................................................................129 6.4. Сборка аккумуляторной батареи ............................................................130 6.5. Компромисс между мощностью и энергией ..........................................131 6.6. Система управления батареей ................................................................132 6.7. Вторичная переработка и выбросы CO2 .................................................................132 Глава 7. Характеристики современных батарей .......................... 135 7.1. Эффективность .........................................................................................135 7.2. Старение и срок службы батареи ............................................................136 7.3. Безопасность .............................................................................................137 7.4. Зарядка батареи ........................................................................................138 7.5. Стоимость .................................................................................................141 7.6. Производители аккумуляторов (ячеек) ..................................................142 Глава 8. Инновации и перспективы .............................................. 144 8.1. Технологические тенденции будущего ..................................................144 8.2. Перспективы совершенствования литий-ионных батарей ..................145 8.3. Твердотельные литиевые батареи ..........................................................147 8.3.1. Материалы...................................................................................................148 8.3.2. Промышленное производство твердотельных батарей ..........................150 8.4. Литий-серные (Li-S) батареи ...................................................................152 8.5. Литий-воздушные батареи .....................................................................154 8.6. Заключение ..............................................................................................155 Часть III Современное состояние и перспективы зарядных устройств электромобилей .............................................................................. 157 Глава 9. Инфраструктура и зарядные станции ............................ 159
Стр.8
8  Оглавление 9.1. Стандартизация зарядной инфраструктуры ..........................................160 9.2. Инфраструктура зарядных станций электромобилей ...........................163 9.2.1. Обычная точка зарядки (переменный ток, от 1,8 до 22 кВт) ...................164 9.2.2. Точка быстрой зарядки (43 кВт переменного тока – 50 кВт постоянного тока  350 кВт) ...........................................................................................166 9.2.3. Станция быстрой зарядки ..........................................................................169 9.3. Автомобильные разъемы зарядного устройства и протоколы связи с электромобилем .....................................................................................172 9.3.1. Стандарт CCS Combo 2 ................................................................................174 9.3.2. Стандарт CHAdeMO ....................................................................................177 9.3.3. Другие форматы..........................................................................................178 Глава 10. Современные проводные зарядные устройства электромобилей .............................................................................. 180 10.1. Типы зарядных устройств .....................................................................181 10.2. Электромагнитная совместимость и безопасность зарядных устройств ...................................................................................................184 10.3. Примеры бортовых зарядных устройств ..............................................189 10.3.1. Электромобиль Nissan Leaf: автономное бортовое зарядное устройство, изолированное от сети ...........................................................189 10.3.2. Электромобиль Renault ZOE: бортовое нереверсивное зарядное устройство .................................................................................................................................190 10.3.3. SOFRACI: реверсивное бортовое зарядное устройство, интегрированное в тяговую цепь ..............................................................192 10.4. Станции быстрой зарядки постоянным током высокой мощности...194 10.4.1. Структурная схема зарядного устройства ...............................................194 10.4.2. Использование модульной силовой электроники .................................197 10.4.3 Зарядные кабели с жидкостным охлаждением .......................................198 10.4.4. Шина постоянного тока или шина переменного тока ...........................199 Глава 11. Перспективные технологии ........................................... 202 11.1. Новые технологии ..................................................................................202 11.1.1. Полупроводники с широкой запретной зоной .......................................202 11.1.2. Зарядка аккумуляторов от 800 В ..............................................................203 11.1.3. Совместимость фильтров подавления электромагнитных помех ........204 11.2. Перспективы развития зарядных устройств ........................................204 11.2.1. Стандарт ChaoJi как эволюция стандартов CHAdeMO и GB/T ...................204 11.2.2. Автоматическая зарядка ..........................................................................205 11.2.3. Бесконтактная зарядка .............................................................................207 11.2.4. Протокол Plug and Charge .........................................................................207 11.2.5. Технология V2G / связь с инфраструктурой ............................................208 Глава 12. Бесконтактная зарядка электромобилей ...................... 209 12.1. Некоторые примеры реализации бесконтактных зарядных систем ........................................................................................................210 12.1.1. Статическая зарядка .................................................................................210 12.1.2. Динамическая зарядка .............................................................................211
Стр.9
Оглавление  9 12.2. Стандарты инфраструктуры зарядки электромобилей .......................213 12.3. Физический принцип индукционной передачи энергии ...................214 12.3.1. Случай одиночной катушки .....................................................................214 12.3.2. Случай магнитного взаимодействия нескольких катушек ....................215 12.4. Физический принцип передачи энергии по индукции ......................215 12.5. Системы индукционной передачи электроэнергии ............................218 12.5.1. Общая архитектура системы передачи электроэнергии .......................218 12.5.2. Электрическая схема зарядного устройства и характерные формы сигналов .......................................................................................................219 12.5.3. Вывод уравнений и импедансов ..............................................................220 12.5.4. Реализация магнитной связи двух катушек ...........................................220 12.5.5. Размерный фактор силовой электроники и потери преобразователя ..........................................................................220 12.5.6. КПД передачи электроэнергии ................................................................221 12.5.7. Общие характеристики индукционной системы передачи энергии ....223 12.6. Заключение .............................................................................................225 Часть IV Электромобиль и электросеть ....................................................... 227 Глава 13. Новый потребитель электроэнергии ............................ 228 13.1. Преамбула ...............................................................................................228 13.2. Новая тема для многих заинтересованных сторон .............................229 13.3. Краткое содержание ...............................................................................230 13.4. Определения ...........................................................................................230 13.4.1. Подключение зарядного устройства к дому/зданию (V2H/B) ...............230 13.4.2. Работа в качестве резервного источника электроэнергии ....................231 13.4.3. Питание потребителей на природе, работа в качестве автономной генераторной установки (V2-Load) ............................................................. 231 13.4.4. Зарядка другого электромобиля (V2-Vehicle) .........................................231 Глава 14. Проблемы электросети ................................................... 232 14.1. Введение .................................................................................................232 14.2. Проблемы баланса между поставкой и спросом на электроэнергию ...234 14.2.1. Потребление электроэнергии электромобилями ...................................234 14.2.2. Потенциальные проблемы на уровне электрической системы ............236 14.2.3. Управление зарядкой электромобилей и интеграция в электросеть возобновляемых источников энергии .......................................................237 14.2.4. Вопросы динамики и краткосрочного баланса энергосистемы ............239 14.3. Потенциальные проблемы транспортной электросети ......................240 14.4. Интеграция электротранспорта в распределительную сеть ...............242 14.4.1. Точки зарядки, интегрированные в существующий объект электропотребления ...................................................................................243 14.4.2. Пункты зарядки, требующие создания нового подключения к электросети ...............................................................................................246 14.4.3. Пункты зарядки электромобилей для дальних поездок ........................248
Стр.10
10  Оглавление 14.4.4. Развитие зарядной инфраструктуры, интегрированной в локальную электросеть .................................................................................................249 14.4.5. Финансовые последствия интеграции электротранспорта ...................252 14.5. Островные электросети .........................................................................253 14.6 Инновационная экосистема на пути индустриализации ....................254 Глава 15. Возможности и их реализация ...................................... 255 15.1. Введение .................................................................................................255 15.2. Является ли технология электромобилей зрелой? ..............................255 15.3. Крупномасштабная интеграция возобновляемых источников энергии ......................................................................................................257 15.3.1. Масштабное собственное потребление ...................................................258 15.3.2. Местный уровень ......................................................................................258 15.3.3. Управление на уровне электросистемы ..................................................259 15.4. Предоставление сетевых услуг ..............................................................260 15.4.1. Общие положения .....................................................................................260 15.4.2. Национальный уровень – транспортная электросеть ............................260 15.4.3. Местный уровнь – распределительная сеть ............................................261 15.4.4. Местный уровнь – прочие функции ........................................................262 15.5. Реализация технических решений .......................................................264 15.5.1. Еще раз о функциях, которые необходимо реализовать .......................264 15.5.2. Распределение ролей ................................................................................265 15.5.3. Объекты, необходимые для реализации скоординированной сетевой услуги .............................................................................................266 15.5.4. Некоторые нормативные аспекты...........................................................268 15.6. Заключение .............................................................................................269 Часть V Современное состояние и перспективы дорожных транспортных средств на топливных элементах ........................ 271 Глава 16. Устройство и принцип работы системы топливных элементов ......................................................................................... 275 16.1. Топливный элемент для тягового применения ...................................275 16.1.1. Технические характеристики ...................................................................275 16.1.2. Принцип работы топливной ячейки и следствия из него .....................276 16.2. Компоненты топливного элемента ......................................................283 16.2.1. Мембрана ..................................................................................................284 16.2.2 Активный слой электрода .........................................................................285 16.2.3. Диффузионный слой электрода ...............................................................287 16.2.4. Биполярные пластины..............................................................................288 16.3. Система топливных ячеек .....................................................................289 16.3.1. Воздушный канал системы ......................................................................289 16.3.2. Водородный канал системы .....................................................................291 16.3.3. Канал электрического тока ......................................................................295 16.3.4. Тепловой канал .........................................................................................302
Стр.11
Оглавление  11 16.3.5. Эффективность системы ВТЭ ...................................................................303 Глава 17. Перспективы развития топливных элементов и водородной инфраструктуры электротранспорта ................... 305 17.1. Есть ли перспективы у автомобилей на водородном топливе ............305 17.1.1. Автомобили на водородном топливе: существующие демонстрационные проекты ......................................................................305 17.1.2. Транспортные средства на водородной энергии: уровень зрелости технологических разработок и связанные с ними тенденции ................310 17.2. Развитие инфраструктуры .....................................................................315 17.2.1. Производство водорода ............................................................................316 17.2.2. Хранение водорода ...................................................................................323 17.2.3. Транспортировка водорода ......................................................................325 17.2.4. Распределение, максимально приближенное к потребителю ...............326 17.2.5. Безопасность .............................................................................................327 Заключение и перспективы: общие размышления о месте водорода в электромобильном транспорте ....................................................................................... 330 Приложения ..................................................................................... 333 Приложение 1. Электромоторы электромобилей ........................ 334 П1.1. Основные законы электромагнетизма ................................................334 П1.1.1. Понятие поля: электрическое поле .........................................................334 П1.1.2. Проводимость, электрическое сопротивление, электрический ток и закон Ома .................................................................................................336 П1.1.3. Магнитное поле, магнитная индукция ...................................................338 П1.1.4. Ферромагнитные материалы, понятие насыщения ..............................340 П1.1.5. Явление индукции, закон Ленца–Фарадея ............................................342 П1.2. Общий принцип создания крутящего момента и классификация электрических машин ..............................................................................342 П1.2.1. Введение ...................................................................................................342 П1.2.2. Механизмы создания электромагнитного момента .............................343 П1.2.3. Классификация электромашин ...............................................................346 П1.3. Создание вращающегося поля статора в электромоторе переменного тока .....................................................................................346 П1.3.1. Введение ...................................................................................................346 П1.3.2. Принцип создания вращающегося поля статора ...................................347 П1.4. Синхронные электромашины с невозбужденным ротором ..............355 П1.4.1. Введение ...................................................................................................355 П1.4.2. Принцип работы синхронного электромотора с переменным магнитным сопротивлением .....................................................................356 П1.4.3. Моделирование в синусоидальном установившемся режиме синхронной электромашины с переменным сопротивлением ...................358 П1.4.4. Стратегии управления и построение графиков характеристик синхронных электромашин с переменным магнитным сопротивлением ..........................................................................................360
Стр.12
12  Оглавление П1.5. Синхронные электромоторы с возбуждением магнитного поля в роторе .....................................................................................................362 П1.5.1. Введение ...................................................................................................362 П1.5.2. Принцип работы синхронных электромоторов с возбуждением ротора и гладкими полюсами ....................................................................363 П1.5.3. Моделирование синхронных электромоторов с возбужденным ротором с гладкими полюсами в синусоидальном установившемся режиме .........................................................................................................365 П1.5.4. Стратегии управления и графики характеристик синхронных электромашин с обмотками возбуждения и гладкими полюсами ..........367 П1.5.5. Тяговые электромоторы с магнитным возбуждением ротора .............371 П1.6. Асинхронные электромашины .............................................................373 П1.6.1. Введение .................................................................................................................................373 П1.6.2. Принцип работы асинхронной электромашины ...................................374 П1.6.3. Модель электромашины в синусоидальном установившемся режиме .........................................................................................................377 П1.6.4. Стратегии управления асинхронной электромашиной и графики характеристик ...........................................................................382 П1.7. Введение в управление тяговыми электрическими машинами ........385 Приложение 2. Введение в силовую электронику ....................... 389 П2.1. Основы электронного преобразования электроэнергии ...................390 П2.1.1. Управление потоком электрической энергии ........................................390 П2.1.2. Ограничение эффективности использования энергии .........................391 П2.1.3. Модуляция в силовой электронике .........................................................392 П2.1.4. Общий принцип работы электронного преобразователя мощности ... 393 П2.1.5. Частный случай преобразования DC-DC ..............................................................394 П2.1.6. Компоненты силовой электроники – коммутационная ячейка ...........395 П2.1.7. На пути к биполярной системе ................................................................402 П2.2. Потери в силовых электронных преобразователях ............................409 П2.2.1. Потери проводимости .............................................................................409 П2.2.2. Коммутационные потери ........................................................................410 П2.2.3. Максимальные значения рабочего тока и частоты коммутации силовых компонентов ................................................................................411 П2.3. Электронные преобразователи энергии в электромобилях ..............413 П2.3.1. Тяговый инвертор и инвертор компрессора теплового насоса ............413 П2.3.2. Реверсивный преобразователь DC-DC, регулирующий напряжение питания инвертора ...................................................................................413 П2.3.3. Бортовое зарядное устройство ................................................................414 П2.3.4 Преобразователь постоянного тока из высоковольтной сети батареи в низковольтную сеть электромобиля .........................................416 Список используемой литературы ................................................ 418 Предметный указатель ................................................................... 438
Стр.13

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Периодика по подписке
Антиплагиат система Руконтекст