Військова гусенична машина з електрохімічною енергетичною установкою

1. Військова гусенична машина з електрохімічною енергосиловою установкою, що складається 3 83016 (він є досить низьким саме через невисокий ККД двигуна вн утрішнього згоряння (менше 40%)). Підвищити загальний ККД енергосилової установки та ЕМТ можна шляхом заміни традиційного для ВГМ двигуна внутрішнього згоряння (газотурбінного, дизельного або карбюраторного) на електрохімічне джерело енергії, наприклад на електрохімічний генератор, або на блок електрохімічних акумуляторів, що дозволяє виключити зі складу ЕМТ генератори, які перетворюють механічну енергію в електричну. Принципова схема процесів перетворення енергії для ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою (ЕЕУ) та електромеханічною трансмісією представлена на Фіг.2. Загальний ККД електрохімічної енергосилової установки та ЕМТ h ех розраховується за формулою: hех = h хдс × hед × hбр (2) де: h хдс - ККД хімічного джерела струму (до 75%). Таким чином, загальний ККД електрохімічної енергосилової установки та ЕМТ вище загального ККД (на 30-35%) енергосилової установки на основі ДВЗ та ЕМТ. Прототипом військової гусеничної машини з електрохімічною енергосиловою установкою е танк, ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою [3], який складається з броньованого корпусу, озброєння, електрохімічної енергосилової установки, системи керування живленням і електроприводом, електромеханічної трансмісії та гусеничної ходової частини. Електрохімічна енергосилова установка виконана у вигляді електрохімічного генератора. Така конструкція має наступні недоліки: - неможливість створення тягових зусиль на ведучи х колесах в широкому діапазоні через те, що електрохімічні генератори не розраховані на широкий діапазон потужності (це призвело би до ускладнення системи масо- і теплообміну ЕХГ); - недосконалість робочої характеристики електрохімічного генератора для швидкого розгону машини; - при запусканні електрохімічної енергосилової установки потрібен час для виходу ЕХГ на робочий режим. В основу винаходу поставлено задачу створити ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою (ЕЕУ) шляхом поєднання у складі ЕЕУ електрохімічного генератора та блока накопичувачів електроенергії (БНЕ) для забезпечення тягових електродвигунів потужністю в широкому діапазоні і за рахунок цього підвищити тягові, розгінні та експлуатаційні характеристики машини. БНЕ виконано у вигляді блока акумуляторних батарей та батареї імпульсних конденсаторів. Принципова схема такої ЕЕУ представлена на Фіг.3. Основою електрохімічної енергосилової установки є ЕХГ, який розраховується на номінальний режим роботи ЕЕУ, що відповідає середній швидкості руху ВГМ. Через те, що ЕХГ не розраховані на широкій діапазон потужності і для підвищення ресурсу роботи ЕХГ навантаження на ньо 4 му необхідно підгримувати в основному постійним, з метою забезпечення тягових електродвигунів потужністю в широкому діапазоні до складу ЕЕУ вводиться блок акумуляторних батарей (АКБ). Таким чином при досягненні загального навантаження на ЕЕУ вище за номінальне значення здійснюється розряд АКБ, а при значенні його нижче за номінальне - заряд акумуляторів (при потребі). Блок АКБ також забезпечує запуск ЕХГ та роботу ЕЕУ до виходу ЕХГ на робочий режим. Для заряду або підзарядки блока АКБ потрібен певний час, тому подальше удосконалення передбачуваного винаходу полягає у введенні до складу БНЕ батареї імпульсних конденсаторів, що забезпечує підвищення енергоємності ЕЕУ. Імпульсні конденсатори здатні за короткий час віддавати накопичену в них енергію, що є необхідним для створення великих тягових з усиль у гусеничному рушії для швидкого розгону машини. Імпульсні конденсатори легше і простіше адаптуються до вимог системи керування живленням і електроприводом, а також більш надійні, довговічні і не так вимогливі до процесу зарядки. Сучасні імпульсні конденсатори ємністю 8 фарад мають питому енергію 1,5кВт ч/кг [4]. Цей показник в три рази більший, ніж у сучасних нікель-гідридних АКБ , які серед сучасних АКБ мають найбільш високі енергетичні показники. Акумуляторні батареї та імпульсні конденсатори також здійснюють накопичення вільної (надлишкової) електричної енергії, яка виробляється ЕХГ і не використовується споживачами. Блок АКБ та батарея імпульсних конденсаторів можуть також використовуватися для живлення споживачів електричної енергії без запуску ЕХГ (в основному на стоянках, привалах, і т. ін.), що дозволить знизити рівень інфрачервоного випромінювання енергосилової установки майже до нуля і підвищити скритність ВГМ. Таким чином, вводом до складу ЕЕУ блока накопичувачів електроенергії у вигляді блоку АКБ та батареї імпульсних конденсаторів забезпечується створення тягових зусиль у гусеничному рушії в широкому діапазоні при високому загальному ККД ЕЕУ та ЕМТ. В результаті скорочується час розгону машини, збільшується її запас ходу та підвищується термін служби ЕЕУ. Перелік фігур Фіг.1. Принципова схема процесів перетворення та трансформації енергії у ВГМ з двигуном внутрішнього (зовнішнього) згоряння та електромеханічною трансмісією. Фіг.2 Принципова схема процесів перетворення та трансформації енергії у ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою та електромеханічною трансмісією. Фіг.3 Принципова схема електрохімічної енергосилової установки на основі електрохімічного генератора, блока акумуляторних батарей та батареї імпульсних конденсаторів: 1 - електрохімічний генератор; 2 - блок акумуляторних батарей; 3 батарея імпульсних конденсаторів; 4 - блок комутації. Фіг.4 Принципова схема ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою: 1 - електрохімічний генератор; 2 - блок акумуляторних батарей; 3 5 83016 батарея імпульсних конденсаторів; 4 - блок комутації; 5 - корпус; 6 - блок системи керування живленням та електроприводом; 7 - тягові електродвигуни; 8 - гусеничний рушій. Електрохімічна енергосилова установка, яка представлена на Фіг.3, складається із електрохімічного генератора 1, блока акумуляторних батарей 2, батареї імпульсних конденсаторів 3, блока комутації 4. ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою, яка представлена у загальному вигляді на Фіг.4, складається із електрохімічного генератора 1, блока акумуляторних батарей 2, батареї імпульсних конденсаторів 3, блока комутації 4, корпусу 5, блока системи керування живленням та електроприводом 6, тягових електродвигунів 7, гусеничних рушив 8. ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою працює наступним чином. Електрохімічна енергосилова установка, яка складається з електрохімічного генератора 1, блока акумуляторних батарей 2, батареї імпульсних конденсаторів 3, блока комутації 4 виробляє постійний струм, який за допомогою блоку системи керування живленням та електроприводом 6 перетворюється в необхідний за рівнем, формою та часом електричний сигнал. Цей сигнал поступає до виконавчих тягових електродвигунів 7, де електрична енергія безпосередньо перетворюється у механічний рух гусеничних рушіїв 8, які пересувають гусеничну машину з необхідною швидкістю та в заданому напрямку. Електрохімічна енергосилова установка працює наступним чином. Всі підключення та відключення електрохімічного генератора 1, блока акумуляторних батарей 2 та батареї імпульсних конденсаторів 3 виконуються за допомогою блока комутації 4, якій керується 6 системою керування живленням та електроприводом. Блок комутації не є предметом винаходу. Для запуску електрохімічного генератора 1 до нього підключається блок акумуляторних батарей 2 . Електрохімічний генератор 1 виробляє постійний струм. Для початку руху машини до електрохімічного генератора 1 підключаються блок акумуляторних батарей 2 та батарея імпульсних конденсаторів 3, які забезпечують тягові електродвигуни 7 необхідною потужністю для створення заданих тягових з усиль у гусеничному рушії 8 (в основному максимальних для швидкого розгону машини). При значеннях загального навантаження на ЕЕУ нижчих за номінальні блок акумуляторних батарей 2 та батарея імпульсних конденсаторів 3 відключаються або переключаються для їх зарядки від електрохімічного генератора 1 (при потребі). При значеннях загального навантаження на ЕЕУ вищи х за номінальні до електрохімічного генератора 1 підключається або блок акумуляторних батарей 2, або батарея імпульсних конденсаторів 3, або разом, в залежності від загального навантаження на ЕЕУ та рівня зарядженості блока акумуляторних батарей 2 та батареї імпульсних конденсаторів 3. При значеннях загального навантаження на ЕЕУ нижчих за номінальні роботу ЕЕУ забезпечує електрохімічний генератор 1. Джерела інформації 1. Буров С.С. Констр укция и расчет танков. М.: Академия Бронетанковых Войск, 1973.-602с. 2. Американский электрический танк АЭТ // Зарубежное военное обозрение. 1997. №4. 3. Танк, ВГМ з електрохімічною енергосиловою установкою. Деклараційний патент №61 Україна, МКВ F 41 H 7/02-7/08 Беліков В.Т., Борисюк М.Д., Головань В.Г., Дяченко О.Ф, Троц А С 25.02.2002. Заявлено 10.11.1999. - таємно. 4. Гибридный автомобиль // За рулем. 2004. №1. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83016 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601