namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»OUUYQZnami-386Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTАнализ путей снижения затрат энергии на обогрев салона электробусовAnalysis of ways to reduce energy consumption for heating passenger compartment of electric busesКозловА. В.KozlovA. V.

Козлов Андрей Викторович – д-р техн. наук, профессор, начальник управления перспективных энергоустановок, Центр «Энергоустановки»

г. Москва 125438

Kozlov A.V. – D.Sc. (Eng), professor, head of the department of advanced power units, Center “Power units”

Moscow 125438

a.kozlov@nami.ruСтряпунинА. С.StryapuninA. S.

Стряпунин Александр Сергеевич – инженер-исследователь 2-й категории, управление перспективных энергоустановок, Центр «Энергоустановки»

г. Москва 125438

Stryapunin A.S. – research engineer, department of advanced power units, Center “Power units”

Moscow 125438

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation2025090720250291103Copyright © Козлов А.В., Стряпунин А.С., 20252025Козлов А.В., Стряпунин А.С.Kozlov A.V., Stryapunin A.S.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/386

Введение (постановка задачи и актуальность). Для регионов с холодным климатом запас хода электробуса становится серьёзным препятствием на пути к расширению использования этого типа транспорта. Повышенный расход энергии сказывается не только на дальности автономного хода, но и на ресурсе аккумуляторных батарей, графике выхода подвижного состава на рейс и нагрузке на зарядную инфраструктуру. В связи с этим поиск путей снижения затрат энергии климатической системой является актуальной задачей.Цель исследований – определение затрат энергии на отопление кабины и салона электробуса в осенне-зимний период эксплуатации в московском регионе, а также поиск и анализ путей снижения этих затрат.Методология и методы. Для определения температуры воздуха в салоне использовалась математическая модель, основанная на уравнениях теплового баланса, которая была валидирована по результатам натурных испытаний. Исследования проводились в соответствии с требованиями ГОСТ Р 53828-2010.Результаты и научная новизна. Приведены результаты испытаний по определению параметров микроклимата и расхода энергии на отопление салона при различных режимах движения. При помощи математической модели определено соотношение потерь теплоты через различные пути утечек. Представлено сравнение затрат энергии на работу климатической установки при использовании различных методов снижения расхода энергии.Практическая значимость. Результаты данного исследования могут быть использованы для совершенствования энергетических показателей пассажирского электротранспорта.

Introduction (problem statement and relevance). For regions with cold climates, the cruising range of electric buses becomes a serious obstacle to expanding the use of this type of transport. Increased energy consumption affects not only the autonomous cruising range, but also the battery life, fleet operation timetable and charging infrastructure loading. In this regard, the search for the ways to reduce the HVAC system energy consumption is a relevant task.The purpose of the study is to determine the energy consumption for heating the cabin and passenger compartment of the electric bus during the autumn and winter period of operation in the Moscow region as well as search and analysis of the ways to reduce this consumption.Methodology and research methods. In order to determine the air temperature in the passenger compartment, the mathematical model was used based on the heat balance equations and validated following the field tests results. The research was performed according to the GOST R 53828-2010 requirements.Scientific novelty and results. The test results are given in terms of determination of the microclimate parameters and energy consumption for passenger compartment heating in case of different driving modes. The heat losses ratio through different leak paths was determined by means of the mathematical model. A comparison of energy consumption for the HVAC operation when using different energy consumption reduction methods is given. Practical significance. The results of this study can be used to improve the energy performance of electric passenger transport.

электробуссистема обогреватепловой балансрасход энергиитемпература воздуха в салонеelectric busheating systemheat balanceenergy consumptionpassenger compartment air temperatureReferencesКарпухин К.Е. Синтез подходов, направленных на увеличение пробега электрических транспортных средств на одной зарядке. Опыт в Российской Федерации // Труды НАМИ. – 2023. – № 2 (293). – С. 73–83. DOI: 10.51187/0135-3152-2023-2-73-83. EDN: TYHRHT.Karpukhin K.E. [Synthesis of approaches aimed at extension of the electric vehicle cruising range on a single charge. Russian Federation experience]. Trudy NAMI, 2023, no. 2 (293), pp. 73–83. DOI: 10.51187/0135-3152-2023-2-73-83. EDN: TYHRHT. (In Russian)Маликов Р.Р., Биксалеев Р.Ш., Карпухин К.Е., Климов А.В. Влияние работы климатической системы на удельный расход энергии электробуса категории М3 // Труды НАМИ. – 2022. – № 1 (288). – С. 68–81. DOI: 10.51187/0135-3152-2022-1-68-81. EDN: WPSYCX.Malikov R.R., Biksaleev R.Sh., Karpukhin K.E., Klimov A.V. [Operation influence of the climate system on the specific energy consumption of M3 electric bus category]. Trudy NAMI, 2022, no. 1 (288), pp. 68–81. DOI: 10.51187/0135-3152-2022-1-68-81. EDN: WPSYCX. (In Russian)Basma H., Mansour C., Haddad M., Nemer M., Stabat P. Comprehensive energy modeling methodology for battery electric buses // Energy. – 2020. – V. 207. – Iss. 118241. – P. 14. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118241.Basma H., Mansour C., Haddad M., Nemer M., Stabat P. Comprehensive energy modeling methodology for battery electric buses. Energy, 2020, vol. 207, iss. 118241, p. 14. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118241.Clarke K., Danoczi J., Fraser R., Jansen R. Saskatoon electric bus performance report – January 2022. URL: https://pub-saskatoon.escribemeetings.com/filestream.ashx?DocumentId=157285 (дата обращения: 22.07.2024).Clarke K., Danoczi J., Fraser R., Jansen R. Saskatoon electric bus performance report – January 2022. Available at: https://pub-saskatoon.escribemeetings.com/filestream.ashx?DocumentId=157285 (accessed 22 July 2024).Beckers C.J.J., Besselink I.J.M., Nijmeijer H. The state-of-the-art of battery electric city buses / 34th International Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS34), 25–28 June 2021, Nanjing, China. – P. 8.Beckers C.J.J., Besselink I.J.M., Nijmeijer H. The state-of-the-art of battery electric city buses. 34th International Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS34), 25–28 June 2021, Nanjing, China, p. 8.Kivekäs K., Lajunen A., Baldi F. Vepsäläinen J., Tammi K. Reducing the energy consumption of electric buses with design choices and predictive driving // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2019. – V. 68. – Iss. 12. – P. 11. DOI: 10.1109/TVT.2019.2936772.Kivekäs K., Lajunen A., Baldi F. Vepsäläinen J., Tammi K. Reducing the energy consumption of electric buses with design choices and predictive driving. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2019, vol. 68, iss. 12, p. 11. DOI: 10.1109/TVT.2019.2936772.Würtz S., Bogenberger K., Göhner U., Rupp A. Towards efficient battery electric bus operations: a novel energy forecasting framework // World Electr. Veh. J. – 2024. – V. 15. – Iss. 27. – P. 27. DOI: 10.3390/wevj15010027.Würtz S., Bogenberger K., Göhner U., Rupp A. Towards efficient battery electric bus operations: a novel energy forecasting framework // World Electr. Veh. J. – 2024. – V. 15. – Iss. 27. – P. 27. DOI: 10.3390/wevj15010027.Нгуен Хак Минь, Карпухин К.Е., Колбасов А.Ф., Нгуен Хак Туан. Проблема эксплуатации электромобилей в сложных климатических условиях // Труды НАМИ. – 2019. – № 3 (278). – С. 6–13. EDN: KQNWOB.Nguyen Khac Min, Karpukhin K.E., Kolbasov A.F., Nguyen Khac Tuan [The problem of operating electric vehicles in difficult climatic conditions]. Trudy NAMI, 2019, no. 3 (278), pp. 6–13. EDN: KQNWOB. (In Russian)Wang Y., Dong J., Jia S., Huang L. Experimental comparison of R744 and R134a heat pump systems for electric vehicle application // International Journal of Refrigeration. – 2021. – V. 121. – P. 10–22. DOI: 10.1016/ j.ijrefrig.2020.10.026.Wang Y., Dong J., Jia S., Huang L. Experimental comparison of R744 and R134a heat pump systems for electric vehicle application. International Journal of Refrigeration, 2021, vol. 121, pp. 10–22. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2020.10.026.Kraft W., Stahl V., Vetter P. Thermal storage using metallic phase change materials for bus heating – state of the art of electric buses and requirements for the storage system // Energies. – 2020. – V. 13. – Iss. 3023. – P. 21. DOI: 10.3390/en13113023.Kraft W., Stahl V., Vetter P. Thermal storage using metallic phase change materials for bus heating – state of the art of electric buses and requirements for the storage system. Energies, 2020, vol. 13, iss. 3023, p. 21. DOI: 10.3390/en13113023.Dreißigacker V., Hofer L. High-performance solid medium thermal energy storage system for heat supply in battery electric vehicles: proof of concept and experimental testing // Applied Sciences. – 2022. – V. 12. – Iss. 10943. – P. 18. DOI: 10.3390/app122110943.Dreißigacker V., Hofer L. High-performance solid medium thermal energy storage system for heat supply in battery electric vehicles: proof of concept and experimental testing. Applied Sciences, 2022, vol. 12, iss. 10943, p. 18. DOI: 10.3390/app122110943.ГОСТ Р 53828-2010. Автомобильные транспортные средства. Система обеспечения микроклимата. Технические требования и методы испытаний. – М.: Стандартинформ, 2010. – 20 с.[GOST R 53828-2010. Vehicles. System оf microclimate. Technical requirements and test methods]. Moscow, Standartinform Publ., 2010. 20 p. (In Russian)Chiriac G., Lucache D.D., Nituca C., Dragomir A., Ramakrishna S. Electric bus indoor heat balance in cold weather // Applied Sciences. – 2021. – V. 11. – Iss. 11761. – P. 17. DOI: 10.3390/app112411761.Chiriac G., Lucache D.D., Nituca C., Dragomir A., Ramakrishna S. Electric bus indoor heat balance in cold weather. Applied Sciences, 2021, vol. 11, iss. 11761, p. 17. DOI: 10.3390/app112411761.Маликов Р.Р. Разработка методики исследования влияния характеристик тяговой аккумуляторной батареи на эксплуатационные свойства электрифицированного транспортного средства: дис. … канд. техн. наук. – М.: ФГУП «НАМИ», 2023. – 217 с.Malikov R.R. [Development of a methodology for studying the influence of traction battery characteristics on the operational properties of an electrified vehicle. Cand. eng. sci. diss.]. Moscow, FSUE “NAMI”, 2023. 217 p. (In Russian)Broatch A., Olmeda P., Bares P., Aceros S. Integral thermal management studies in winter conditions with a global model of a battery-powered electric bus // Energies. – 2023. – V. 16. – Iss. 168. – P. 24. DOI: 10.3390/en16010168.Broatch A., Olmeda P., Bares P., Aceros S. Integral thermal management studies in winter conditions with a global model of a battery-powered electric bus. Energies, 2023, vol. 16, iss. 168, p. 24. DOI: 10.3390/en16010168.Haddad R.A., Basma H., Mansour C. Modeling and control of heat pump system for battery electric buses // Proc IMechE Part D: J Automobile Engineering. – 2022. – V. 00 (0). – P. 20. DOI: 10.1177/09544070211069465.Haddad R.A., Basma H., Mansour C. Modeling and control of heat pump system for battery electric buses. Proc IMechE Part D: J Automobile Engineering, 2022, vol. 00 (0), p. 20. DOI: 10.1177/09544070211069465.Tanyeri M.N., Başlamişli S.C. Prediction of the annual heat load of an articulated electric urban bus // Journal of Thermal Science and Technology. – 2020. – V. 40. – Iss. 1. – P. 27–36.Tanyeri M.N., Başlamişli S.C. Prediction of the annual heat load of an articulated electric urban bus. Journal of Thermal Science and Technology, 2020, vol. 40, iss. 1, pp. 27–36.Liu T. Thermal management solutions for battery electric buses in cold climates: Master’s degree thesis. – Aalto University, 2019. – P. 108.Liu T. Thermal management solutions for battery electric buses in cold climates: Master’s degree thesis. Aalto University, 2019, p. 108.Göhlich1 D., Fay T.-A., Jefferies D., Lauth E., Kunith A., Zhang X. Design of urban electric bus systems // Design Science. – 2018. – V. 4. – No. 15. – P. 28. DOI: 10.1017/dsj.2018.10.Göhlich1 D., Fay T.-A., Jefferies D., Lauth E., Kunith A., Zhang X. Design of urban electric bus systems. Design Science, 2018, vol. 4, no. 15, p. 28. DOI: 10.1017/dsj.2018.10.Архив среднемесячной погоды в Москве. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/history/27612.htm (дата обращения: 31.07.2024).[Archive of average monthly weather in Moscow]. Available at: http://www.pogodaiklimat.ru/history/27612.htm (accessed 31 July 2024). (In Russian)

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