Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2020

Розмір шрифту: 
Застосування елементу Пельтьє для рекуперації електричної енергії в гібридному автомобілі
С. Скоробогатов, І. О. Мікульонок, О. В. Козленко

Остання редакція: 2020-05-15

Анотація


Проблема підвищення ефективності роботи автомобіля завжди актуальна, оскільки щороку кількість автомобільного транспорту зростає, а відповідно зростає й споживаний ним обсяг палива. Водночас існує проблема вичерпності природних ресурсів та забруднення навколишнього середовища через активне використання транспортних засобів. Окрім того, власники автомобілів прагнуть зекономити витрати на їх утримання та обслуговування. Для вирішення зазначених проблем дослідники й конструктори пропонують різні інженерні рішення, проте кожне з них має певні обмеження щодо застосування [1-4].

У результаті проведених авторами досліджень та постановки ними практичних експериментів запропоновано один з варіантів підвищення ефективності використання автомобіля з одночасним дотриманням жорстких екологічних вимог, а саме застосування елементу Пельтьє для рекуперації електричної енергії в гібридному автомобілі. Щоб отримати додаткове джерело енергії в такому автомобілі, пропонуємо використовувати його для зворотного процесу, а саме: отримання електричної енергії з гарячих елементів силової установки, а не безпосереднього для охолодження двигуна. Для цього елемент Пельтьє пропонується прикріплювати до кожуха і супортів гальмівних дисків, оскільки ці елементи автомобіля генерують значну кількість теплової енергії під час руху. Також пропонується прикріплювати елементи Пельтьє до повітряного шлангу турбіни. Під час руху автомобіля з турбокомпресором ДВЗ виділяє вихлопні гази, які обертають колесо турбіни, яке, у свою чергу, стискає повітря, одночасно нагріваючи його. Під час розгону й гальмування автомобіля, використовуючи елемент Пельтьє, можна отримати енергію, яку можна використовувати в подальшому, наприклад, для додаткової акумуляторної батареї, що живить приводний електродвигун. Також пропонується використання паралельно-послідовного включення елементів Пельтьє. При цьому кожна пара елементів теоретично дає змогу генерувати струм 1 А (при ідеальних умовах при різниці температур 100 °С), в реальних умовах – 0,5 А.

Пропоноване рішення найбільш доцільним буде на гібридах, таких як Toyota Prius. Пропонується накопичувати енергію в суперконденсаторі, який може імпульсом передати її до батареї. При цьому кількість накопиченої питомої енергії в суперконденсаторах значно (на 2–3 порядки) більше, ніж у звичайних електролітичних конденсаторах.

У подальшому накопичену енергію можна використовувати для запуску двигуна навіть за низького заряду батареї. Зрештою, суперконденсатор дає змогу зберігати й накопичувати енергію майже без втрат, а потім використовувати її як альтернативне джерело. Також пропонується використовувати суперконденсатор у системі клімат-контролю автомобіля, який буде економити енергію.

Пропоноване технічне рішення через зменшення використання палива також дасть змогу зменшити викиди шкідливих речовин у атмосферу, що істотно поліпшить екологічну ситуацію. Для підтвердження життєцездатності рішення було проведено експериментальні дослідження на автомобілях ВАЗ 2103 та AUDI А4. Розрахунок економічної ефективності проекту підтвердив доцільність його реалізації, показавши в середньому 1,7 роки окупності витрат на встановлення елементів Пельтьє на один автомобіль. Аналіз зменшення викидів шкідливих речовин у результаті впровадження цього рішення довів його екологічну ефективність. Таким чином, гіпотеза щодо застосування елемента Пельтьє у зворотному процесі як додаткового джерела енергії в гібридному автомобілі доведена експериментально й має гарні перспективи для використання на практиці.


Ключові слова


автомобіль, двигун, електрична енергія, рекуперація, елемент Пельтьє

Посилання


1. Двигуни внутрішнього згоряння. В 6 т. Т.1. Розробка конструкцій форсованих двигунів наземних транспортних машин / за ред. А.П. Марченка, А.Ф. Шеховцова. Харків: Видавн. центр НТУ “ХПІ”, 2004. 493с.

2. Каменев В.Ф., Фомін В.М., Хрипач Н.А. Теоретичні та експериментальні дослі-дження роботи двигуна на дизельно-водневих паливних композиціях // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE. 2005. № 7 (27). С. 32-42.

3. Кисликов В.Ф., Лущик В.В. Будова й експлуатація автомобілів: підручник. – Київ: Либідь, 2006. 400 с.

4. Саблін О.І., Кузнецов В.Г., Артемчук В.В. Проблеми та перспективи ефективного використання рекуперації електроенергії в системі електротранспорту // Волоконно-оптичні технології в інформаційних (internet, intranet тощо) та енергетичних мережах. 2013. С. 126-130.