Тяговый электропривод на основе батареи топливных элементов и бортового инерционного накопителя энергии для мотор-вагонного поезда

Автор(и)

  • V. I. Omelyanenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-1319-7004
  • Ie. S. Riabov Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0753-514X
  • L. V. Overianova Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-4827-572X
  • H. V. Omelianenko Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-3276-5476

DOI:

https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.4.08

Ключові слова:

тяговий електропривод, паливний елемент, інерційний накопичувач, мотор-вагонний рухомий склад

Анотація

В роботі розглянуто тяговий електропривод на основі паливних елементів та інерційного накопичувача енергії для мотор-вагонного рухомого складу. Запропоновано принцип керування потоками потужності у тяговому електроприводі у режимах розгону та гальмування рухомого складу. Розроблено математичну модель тягового електропривода у вигляді сукупності трьох складових: поїзда, тягового блока і батареї паливних елементів. За допомогою неї досліджено роботу запропонованого тягового електроприводу при вирішенні тестової тягової задачі для рухомого складу. Встановлено, що застосування інерційного накопичувача енергії зменшує витрати водню не менш ніж на 25 %, що забезпечує збільшення пробігу рухомого складу між екіпіруванням понад 30 %.

Біографії авторів

V. I. Omelyanenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна

Д.т.н., професор

Ie. S. Riabov, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна

К.т.н., с.н.с.

L. V. Overianova, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна

К.т.н., доцент

H. V. Omelianenko, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна

К.т.н., доцент

Посилання

Thorne R., Amundsen A.H., Sundvor I. Battery electric and fuel cell trains: maturity of technology and market status. Report 1737/2019. Institute of Transport Economics, 2020. 32p. Available at: https://www.toi.no/getfile.php?mmfileid=52027 (accessed 22 March 2021).

Hoffrichter A., Hillmansen S., Roberts C. Conceptual propulsion system design for a hydrogen-powered regional train. IET Electrical Systems in Transportation, 2016, vol. 6, no. 2, pp. 56-66. doi: https://doi.org/10.1049/iet-est.2014.0049.

Fender K. Development of hydrogen-powered trains continues, but battery-powered equipment making more inroads. December 14, 2020. Available at: https://www.trains.com/trn/news-reviews/news-wire/development-of-hydrogen-powered-trains-continues-but-battery-powered-equipment-making-more-inroads (accessed 22 March 2021).

Furuta R., Kawasaki J., Kondo K. Hybrid traction technologies with energy storage devices for nonelectrified railway lines. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 2010, vol. 5, no. 3, pp. 291-297. doi: https://doi.org/10.1002/tee.20532.

Ogawa K., Yamamoto T., Hasegawa H., Furuya T. Development of the fuel-cell/battery hybrid railway vehicle. 2009 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2009, pp. 1730-1735. doi: https://doi.org/10.1109/vppc.2009.5289693.

Chen X., Shen W., Vo T.T., Cao Z., Kapoor A. An overview of lithium-ion batteries for electric vehicles. 2012 10th International Power & Energy Conference (IPEC), 2012, pp. 230-235. doi: https://doi.org/10.1109/asscc.2012.6523269.

Baumann M., Peters J. F., Weil M., Grunwald A. CO2 footprint and life-cycle costs of electrochemical energy storage for stationary grid applications. Energy Technology, 2017, vol. 5, no. 7, pp. 1071-1083. doi: https://doi.org/10.1002/ente.201600622.

Liu X., Li K. Energy storage devices in electrified railway systems: A review. Transportation Safety and Environment, 2020, vol. 2, no. 3, pp. 183-201. doi: https://doi.org/10.1093/tse/tdaa016.

Hedlund M., Lundin J., De Santiago J., Abrahamsson J., Bernhoff H. Flywheel energy storage for automotive applications. Energies, 2015, vol. 8, no. 10, pp. 10636-10663. doi: https://doi.org/10.3390/en81010636.

Engel B., Söffker C., Hörl F. The innovative traction system with the flywheel of the LirexTM. Available at: http://www.railway-research.org/IMG/pdf/457.pdf (accessed 22 March 2021).

Ogawa K., Yoneyama T., Sudo T., Kashiwagi T., Yamamoto T. Performance improvement of fuel cell hybrid powered test railway vehicle. Quarterly Report of RTRI, 2021, vol. 62, no. 1, pp. 16-21. doi: https://doi.org/10.2219/rtriqr.62.1_16.

Omelyanenko V.I, Riabov Ie.S., Overianova L.V. Inertial energy storage device as an advanced energy conservation technology for electric rolling stock. Vestnik VELNII, 2013, no. 1 (65), pp. 38-54. (Rus).

Omelianenko H.V., Overianova L.V., Maslii A.S. Geometric and electrophysical parameters of armature winding of electromechanical converter of inertial energy storage for suburban trains. Electrical Engineering & Electromechanics, 2020, no. 1, pp. 65-71. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2020.1.11.

Severin V.P., Omelianenko О.V. Traction drive of electric train with inertial energy storage. Bulletin of the National Technical University «KhPI». Series: Problems of Automated Electrodrivs. Theory and Practice. Power Electronics and Energy Efficiency, 2017, no. 27 (1249), pp. 276-279. Available at: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/33984/1/vestnik_KhPI_2017_27_Severin_Tyagovyy_privod.pdf (accessed 22 March 2021). (Rus).

HyPM™ HD 30 Heavy Duty Fuel Cell Power Module. Available at: https://pdf.directindustry.com/pdf/hydrogenics/hypm-hd-30/33492-420319.html (accessed 22 March 2021).

Ahluwalia R.K., Hua T.Q., Peng J.-K. Fuel cycle efficiencies of different automotive on-board hydrogen storage options. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, vol. 32, no. 15, pp. 3592-3602. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.03.021.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-29

Як цитувати

Omelyanenko, V. I., Riabov, I. S., Overianova, L. V., & Omelianenko, H. V. (2021). Тяговый электропривод на основе батареи топливных элементов и бортового инерционного накопителя энергии для мотор-вагонного поезда. Електротехніка і Електромеханіка, (4), 64–72. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.4.08

Номер

Розділ

Електричний транспорт