namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2021-1-47-58nami-178Research ArticleОБЗОРЫ, АНАЛИТИКАREVIEWS, ANALYTICSОб аспектах проектирования электрифицированных транспортных средств с комбинированной энергоустановкой на основе топливных элементовDesign peculiarities aspects of electrifi ed vehicles with a combined power unit based on fuel cellsБиксалеевР. Ш.BiksaleevR. Sh.

Биксалеев Ринат Шакирович, аспирант

Москва 125438

Biksaleev R.Sh., postgraduate

Moscow 125438

BiksaleevRS@kamaz.ruКарпухинК. Е.KarpukhinK. E.

Карпухин Кирилл Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент директор проекта

Москва 125438

 

Karpukhin K.E., PhD (Eng), associate professor project director

Moscow 125438

K.Karpukhin@nami.ruМаликовР. Р.MalikovR. R.

Маликов Рамиль Раильевич, аспирант 

Москва 125438

Malikov R.R., postgraduate

Moscow 125438

RRMalikov@kamaz.ruКлимовА. В.KlimovA. V.

Климов Александр Владимирович, канд. техн. наукстарший преподаватель

Москва 125319

Klimov A.V., PhD (Eng) senior lecturer

Moscow 125319

Aleksandr.Klimov@kamaz.ruРябцевФ. А.RyabtsevF. A.

Рябцев Фёдор Александрович, студент

Москва 125319

Ryabtsev F.A., student

Moscow 125319

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientifi c Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian FederationМосковский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)РоссияMoscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)Russian Federation202130032021014758Copyright © Биксалеев Р.Ш., Карпухин К.Е., Маликов Р.Р., Климов А.В., Рябцев Ф.А., 20212021Биксалеев Р.Ш., Карпухин К.Е., Маликов Р.Р., Климов А.В., Рябцев Ф.А.Biksaleev R.S., Karpukhin K.E., Malikov R.R., Klimov A.V., Ryabtsev F.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/178

Введение (постановка задачи и актуальность). Проблема загрязнения окружающей среды особенно остро стоит в последние десятилетия. Производители транспортных средств прикладывают большие усилия и направляют значительные средства на разработку альтернативных источников энергии. Одним из таких источников является топливный элемент.

Целью исследования является общий анализ параметров энергоустановок пассажирских и грузовых транспортных средств, в которых используются топливные элементы.

Методология и методы. Произведён регрессионный анализ для расчёта потребной мощности топливного элемента в зависимости от загруженности пассажирами и условий движений транспортного средства на основе виртуального эксперимента.

Результаты и научная новизна. Проведено также имитационное моделирование различных литий-ионных тяговых аккумуляторных батарей в составе комбинированной энергоустановки транспортного средства с целью определения энергобаланса комбинированной энергоустановки в городском цикле с учётом варьирования параметрами цикловой загрузки и энергозатратами для вспомогательных систем электробуса.

Практическая значимость проведённого анализа и полученных зависимостей заключается в том, что их можно использовать на этапе подбора мощности топливных элементов при проектировании пассажирского транспортного средства большого класса.

Introduction (problem statement and relevance). The problem of environmental pollution has been especially acute in recent decades. Vehicle manufacturers are putting a lot of effort and money into developing alternative energy sources. One of these sources is the fuel cell.

The purpose of the study was a general analysis of the parameters of power units of passenger and freight vehicles that used fuel cells.

Methodology and research methods. Based on a virtual experiment a regression analysis to calculate the fuel cell required power was carried out depending on the load and conditions of vehicle movements.

Scientifi c novelty and results. Simulation modeling of various lithium-ion traction batteries as part of a combined power unit of a vehicle has been carried out. Simulation modeling was carried out in order to determine the energy balance of a combined power unit in the urban cycle, taking into account the variation in the parameters of the cycle load and energy consumption for the auxiliary systems of the electrobus.

The practical signifi cance of the analysis performed and the dependencies obtained lies in the fact that they can be used when selecting the power of fuel cells in the design of a large class passenger vehicle.

транспортное средство с комбинированной энергоустановкойтопливные элементылитий-ионный аккумуляторvehicle with a combined power unitfuel cellslithium-ion batteryReferencesKarpukhin K., Terenchenko A., Kolbasov A. The creation of modern electric vehicles with additional source of energy // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 159. – P. 306–310.Karpukhin K., Terenchenko A., Kolbasov A. The creation of modern electric vehicles with additional source of energy. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 159, pp. 306–310.Кузык Б.Н., Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике. – М.: Институт экономических стратегий, 2007. – 400 с.Kuzyk B.N., Yakovets Yu.V. [Russia: a strategy for the transition to hydrogen energy]. Moscow, Institut ekonomicheskikh strategiy Publ., 2007. 400 p. (In Russian)Ландграф И.К., Касаткин М.А. Независимая энергетика для нефтянки. Создание автономных энергоустановок на топливных элементах для объектов инфраструктуры нефтегазового комплекса и судостроительной отрасли, 10.07.2013. URL: https://magazine. neftegaz.ru/articles/tekhnologii/619046-nezavisimayaenergetika-dlya-neftyanki-sozdanie-avtonomnykhenergoustanovok-na-toplivnykh-elementakh/ (дата обращения: 05.08.2020).Landgraf I.K., Kasatkin M.A. [Independent energy for the oil industry. Creation of autonomous power units on fuel cells for infrastructure facilities of the oil and gas complex and the shipbuilding industry]. Available at: https://magazine.neftegaz.ru/articles/tekhnologii/619046- nezavisimaya-energetika-dlya-neftyanki-sozdanie-avtonomnykh-energoustanovok-na-toplivnykh-elementakh/ (accessed 05 August 2020). (In Russian)Полякова Т.В. Состояние и перспективы водородной энергетики в России и мире. – М.: Центр глобальных проблем ИМИ, 2008. 5. Lohse-Busch H., Stutenberg K., Duoba M., Liu X., Elgowainy A., Wang M., Christenson M. Automotive fuel cell stack and system effi ciency and fuel consumption based on vehicle testing on a chassis dynamometer at minus 18°C to positive 35°C temperatures // Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – Vol. 45. – Issue 1. – P. 1–12.Polyakova T.V. [State and prospects of hydrogen energy in Russia and the world]. Moscow, Tsentr global’nykh problem IMI Publ., 2008. (In Russian)Tuan N., Karpukhin K., Terenchenko A., Kolbasov A. World Trends in the Development of Vehicles with Alternative Energy Sources // ARPN Journal of engineering and applied sciences. – 2018. – No. 13. – P. 2535–2542.Lohse-Busch H., Stutenberg K., Duoba M., Liu X., Elgowainy A., Wang M., Christenson M. Automotive fuel cell stack and system effi ciency and fuel consumption based on vehicle testing on a chassis dynamometer at minus 18°C to positive 35°C temperatures. Journal of Hydrogen Energy, 2019, vol. 45, issue 1, pp. 1–12.Hydro K. Hydrogen Cars Now. URL: http://www. hydrogencarsnow.com/ (дата обращения: 28.07.2020).Tuan N., Karpukhin K., Terenchenko A., Kolbasov A. World Trends in the Development of Vehicles with Alternative Energy Sources. ARPN Journal of engineering and applied sciences, 2018, no. 13, pp. 2535–2542.Brandon N.P., Ruiz-Trejo E., Boldrin P. Solid Oxide Fuel Cell Lifetime and Reliability. – Chennai: Elsevier Ltd., 2017.Hydro K. Hydrogen Cars Now. Available at: http:// www.hydrogencarsnow.com/ (accessed 28 July 2020).Гришкевич А.И. Автомобили: Теория: Учебник для вузов. – Минск: Высшая школа, 1986. – 206 с.Brandon N.P., Ruiz-Trejo E., Boldrin P. Solid Oxide Fuel Cell Lifetime and Reliability. Chennai, Elsevier Ltd., 2017.Соколовская И.Ю. Полный факторный эксперимент. – Новосибирск: НГАВТ, 2010. – 3 с.Grishkevich A.I. [Vehicles: Theory. Textbook]. Minsk, Vysshaya shkola Publ., 1986. 206 p. (In Russian)Тарасов Б.П. О прикладных научных исследованиях по теме «Разработка и создание водородной системы резервного электроснабжения и аккумулирования энергии». – Черноголовка: ИПХФ РАН, 2014.Sokolovskaya I.Yu. [Complete factorial experiment]. Novosibirsk, NGAVT Publ., 2010. 3 p. (In Russian)Karpukhin K., Terenchenko A. EVS 2017 – 30th International Electric Vehicle Symposium and Exhibition / The specifi city of the popularization of hybrid and electric vehicle in the Russian Federation, 2017.Tarasov B.P. [About applied scientifi c research on the topic “Development and creation of a hydrogen backup power supply and energy storage system”]. Chernogolovka, IPKhF RAN Publ., 2014. (In Russian)Zhihong Y., Donald Z., Anima B. An innovative optimal power allocation strategy for fuel cell, battery and supercapacitor hybrid electric vehicle // Journal of Power Sources. – 2011. – No. 196. – P. 2351–2359.Karpukhin K., Terenchenko A. EVS 2017 – 30th International Electric Vehicle Symposium and Exhibition. The specifi city of the popularization of hybrid and electric vehicle in the Russian Federation, 2017.Mehrdad E., Gao Y., Longo S., Ebrahimi K.M. Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles. – Boca Raton, London, New York: CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business, 2018.Zhihong Y., Donald Z., Anima B. An innovative optimal power allocation strategy for fuel cell, battery and supercapacitor hybrid electric vehicle. Journal of Power Sources, 2011, no. 196, pp. 2351–2359.Mehrdad E., Gao Y., Longo S., Ebrahimi K.M. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles. Boca Raton, London, New York, CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business, 2018.Mehrdad E., Gao Y., Longo S., Ebrahimi K.M. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles. Boca Raton, London, New York, CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business, 2018.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.