АРХІТЕКТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРИНЦИПИ ІНТЕГРАЦІЇ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ НАКОПИЧУВАЧІВ ЕНЕРГІЇ У PLUG-IN ГІБРИДНІ ТЯГОВІ СИСТЕМИ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
DOI:
https://doi.org/10.18664/1994-7852.214.2025.351906Ключові слова:
BMS, ESS, SiC MOSFET, plug-in гібридні тягові системи, DC-DC перетворювач, керування з прогнозуючою моделлю, літій-іонні технологіїАнотація
Мета цієї наукової статті — систематичний архітектурно-технологічний аналіз інтеграції електрохімічних накопичувачів енергії (ESS) у тягові системи plug-in гібридного рухомого складу (РС) залізничного транспорту. Методологія ґрунтована на узагальненні схемотехнічних рішень, зокрема топологій двонаправлених DC-DC перетворювачів (BDC) і систем керування батареєю (BMS), а також порівняльному аналізі технічних параметрів літій-іонних електрохімічних елементів (Li-Ion). Отримані результати демонструють критичну важливість ізольованих BDC (наприклад Dual Active Bridge – DAB) для убезпечення та ефективності рекуперації у високовольтних системах.
Підтверджено доцільність використання SiC-технологій для підвищення питомої потужності та необхідність високої точності BMS (1 %) для максимізації ефективного діапазону використання ємності батареї. Зроблено висновок, що оптимальна архітектура ESS для залізничних застосувань має ґрунтуватися на гібридизації елементів (NMC, LFP, LTO) і застосуванні проактивних систем керування (MPC). Сфера застосування результатів включає проєктування та модернізацію енергоефективного залізничного РС із метою зниження споживання палива та експлуатаційних витрат.
Посилання
IEC 62933-1-1: Electrical energy storage (EES) systems – Part 1-1: Terminology. International Electrotechnical Commission (IEC), 2017.
Lawder M. T., Suthar B., Northrop P. W. C., De S., Hoff C. M., Leitermann O., Crow M. L., Santhanagopalan S., Subramanian V. R. Battery Energy Storage System (BESS) and Battery Management System (BMS) for Grid-Scale Application. Proceedings of the IEEE. 2014. Vol. 102 (6). P. 1014–1030. DOI: 10.1109/JPROC.2014.2317451.
Gabbar H. A., Othman A. M., Abdussami M. R. Review of Battery Management Systems (BMS) Development and Industrial Standards. Technologies. 2021. Vol. 9 (2). P. 28. DOI: 10.3390/technologies9020028.
Lelie M., Braun T., Knips M., Nordmann H., Ringbeck F., Zappen H., Sauer D. U. Battery Management System Hardware Concepts: An Overview. Appl. Sci. 2018. Vol. 8 (4). P. 534. DOI: 10.3390/app8040534.
Божко С. В., Леонов С. Ю. Аналіз структурних схем гібридних силових установок автомобілів. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології. 2016. № 9. URL: https://dspace.khadi.kharkov.ua/bitstreams/711b3179-411b-4eb4-9f37-be23f9d5733c/download.
Krismer F., Kolar J. W. Bidirectional DC-DC Converters for Energy Storage Systems. InTech. 2011. URL: https://scispace.com/pdf/bidirectional-dc-dc-converters-for-energy-storagesystems-23q7akc7ji.pdf.
Lee D., Lee P.-Y., Baek I., Kwon S., Kim J. Deriving the optimized battery model for battery pack and anomaly detection based on the cloud battery management system. Journal of Energy Storage. 2023. Vol. 74 (Part A). 109338. DOI: 10.1016/j.est.2023.109338.
EN 50121-3-2: Railway applications – Electromagnetic compatibility – Part 3-2: Rolling stock – Apparatus. CENELEC.
Riabov I., Overianova L., Iakunin D., Neshcheret V., Ivanov K. Equipping suburban diesel–electric multiple unit with a hybrid power unit. e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2025. Vol. 11. Art. 100949. DOI: 10.1016/j.prime.2025.100949.
Riabov I., Goolak S., Neduzha L. An Estimation of the Energy Savings of a Mainline Diesel Locomotive Equipped with an Energy Storage Device. Vehicles. 2024. Vol. 6, no. 2. P. 611–631. DOI: 10.3390/vehicles6020028.
Kondratieva L., Bogdanovs A., Overianova L., Riabov L., Goolak S. Determination of the working energy capacity of the on-board energy storage system of an electric locomotive for quarry railway transport during working with a limitation of consumed power. Archives of Transport. 2023. Vol. 65, No. 1. P. 119–154. DOI: 10.5604/01.3001.0016.2631.
Maslii A., Buriakovskyi S., Antonenko R., Gevrasov V., Maslii A. Assessing the applicability of energy storage system for plug-in hybrid traction system in rail rolling stock. EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies. 2025. Vol. 4/1 (136). DOI: 10.15587/17294061.2025.337731.
Підвищення енергоефективності тягового рухомого складу шляхом впровадження гібридних plug-in систем / А. С. Маслій, С. Г. Буряковський, В. А. Геврасьов та ін. Залізничний транспорт України: наук.-практ. журнал. 2025. Вип. 3 (156). С. 13–22. DOI: 10.34029/2311-4061-2025-156-3-3-13-22.
IEEE Recommended Practice for Battery Management Systems in Stationary Energy Storage Applications. IEEE 2686-2024. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2024. URL: https://standards.ieee.org/ieee/2686/7394/.
Goolak S., Liubarskyi B. Vector Control System Taking into Account the Saturation of an Induction Motor. Tehnički vjesnik. 2024. Vol. 31, No. 4. P. 1170–1178. DOI: 10.17559/TV20221015124239.
Goolak S. et al. Simulation of a direct torque control system in the presence of winding asymmetry in induction motor. Engineering Research Express. 2023. Vol. 5. Art. 025070. DOI: 10.1088/2631-8695/acde46.
Guzzella L., Sciarretta A. Model Predictive Control as an Energy Management Strategy for Hybrid Electric Vehicles. Stanford University. 2005. URL: https://pangea.stanford.edu/ERE/pdf/OnoriPDF/Conferences/12.pdf.
Miao Y., Hynan P., von Jouanne A., Yokochi A. Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements. Energies. 2019. Vol. 12 (6). P. 1074. DOI: 10.3390/en12061074.
Buriak S., Gololobova O., Havryliuk V., Serdiuk T., Voznyak O., Manachyn I. Analysis and research of the causes and course of degradation of lithium batteries. MATEC Web of Conferences. 2024. Vol. 390. DOI: 10.1051/matecconf/202439001003.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
