Bahach R. Increasing the efficiency of operation of automobile electric transport with the use of direct current charging stations

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002550

Thesis Registration Form

0824U002550.pdf

Applicant for

Specialization

  • 274 - Автомобільний транспорт

23-07-2024

Specialized Academic Board

ID 6079

Kharkiv National Automobile and Road University

Essay

The dissertation is devoted to increasing the energy performance of charging stations for electric vehicles with lithium-ion type batteries. The requirements of international standards regarding the classification of charging stations by capacity are considered. Four types of charging stations are identified and classified, of which the first type describes the process of charging an electric car directly from a single-phase power supply network; the second type differs from the first by the presence of electrical protection; the third type – electric car charging with three-phase AC voltage; the fourth type is charging with constant current and high power, which allows for a faster charging process. The requirements of domestic and international standards regarding electromagnetic compatibility, namely the norms of emission of higher harmonics of currents consumed by charging stations, were analyzed. A review of the technical characteristics of storage batteries, the peculiarities of their charging algorithm, which require automatic regulation of the output voltage and output current of the charging station, is carried out. The classification of electric vehicles is presented and the technical characteristics of accumulator batteries and their charging systems are reviewed. Lithium-ion batteries are the most promising. They have the following advantages: high efficiency in the charge-discharge process and high density of electrical energy (kWh/kg). An analysis of the circuits of semiconductor converters of charging stations was carried out, which showed that the issue of improving the energy efficiency of electric car charging stations is relevant. A scheme of a three-phase active four-quadrant rectifier is proposed as a charging station converter. The advantages of this converter are the ability to charge the battery in the CC-CV (constant current-constant voltage) mode, the ability to work with a power factor close to unity (PF≥0.99), a low level of higher harmonic emission (THDI ≤5%), the possibility of bidirectional power transmission and the possibility of compensation of reactive power and higher harmonics in the electrical network. In the dissertation, a study of electromagnetic processes in the charging converter and lithiumion battery of an electric vehicle, the issue of building a system for automatic regulation of battery charge and discharge processes, an analysis of the stability margin of the synthesized automatic regulation system, the issue of analyzing power losses in the converter and ways to reduce own power losses were conducted. The two-level and three-level topology of the charging converter is considered. The relevance of the dissertation work is determined by the need to solve the scientific and practical task of improving methods of improving environmental friendliness, energy efficiency, safety and ease of operation of charging stations for electric vehicles with lithium-ion batteries. Electrification of road transport is currently one of the main trends in the development of the global automotive industry. The development of electric vehicles and charging stations is given considerable attention by researchers and manufacturers. Almost all international automobile corporations (BMW, Opel, Mercedes, Tesla, Nissan) invest substantial funds in the development of electric vehicles. In 2015, the share of electric cars in the world fleet was only 0.1%, but according to forecasts, it will be about 10% by 2030, and about 50% by 2040. This is due to the fact that electricity is currently the cheapest energy resource in almost the entire world. So, for example, Tesla electric cars consume an average of 17 kWh per 100 km, while "gasoline" cars consume an average of 7 liters of fuel per 100 km. In Ukraine, in 2024, electricity costs UAH 2.64 per 1 kWh, and fuel costs UAH 54.4 per liter on average. In addition, a significant advantage of electric cars is higher environmental friendliness and economic operation. One of the key elements that determines the prospects for the development of electric vehicles is the tendency to decrease the cost of rechargeable batteries. On the one hand, the potential range of electric cars on a single charge largely depends on the technical and economic parameters of the battery, and on the other hand, the difference in price with traditional cars with internal combustion engines. Until recently, a significant disadvantage of electric cars was the high cost of lithium-ion batteries. However, there is a tendency to decrease the cost of lithium-ion batteries. Thus, according to forecasts for 2030, the cost of 1 kWh in a lithium-ion battery will decrease by 35% and will cost $62

Read more

Research papers

Panchenko, A., Smyrnov, O., Nechaus, A., Trunova, I., Borysenko, A., Sokhin, P., & Bagach, R. (2021). Establishing patterns in the compatible electromagnetic and electromechanical transition processes when the starter is powered by a supercapacitor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5), 19–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232423

Гнатов, А. В., Аргун, Щ. В., Багач, Р. В., Гнатова, Г. А., Тарасова, В. В., & Ручка, О. О. (2021). Аналіз найбільш поширених методів визначення стійкості енергетичних систем. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології: електронне наукове спеціалізоване видання, (20), 17–26. https://doi.org/10.30977/VEIT.2021.20.0.02

Нерубацький, В. П., Плахтій, О. А., Гордієнко, Д. А., Філіп’єва, М. В., & Багач, Р. В. (2023). Підвищення точності моделювання перехідних процесів і розрахунку втрат потужності напівпровідникових перетворювачів у програмному середовищі NI Multisim. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті, (2), 22–35. https://doi.org/10.18664/ikszt.v28i2.283312

Багач, Р. (2023). Дослідження акумуляторних блоків електромобілів та зарядних станцій на основі активного трифазного випрямляча струму. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології, (24), 62–71. https://doi.org/10.30977/VEIT.2023.24.0.2

Багач, Р. (2024). Підвищення електромагнітної сумісності і енергоефективності зарядної станції електромобілів. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології, (25), 53–62. https://doi.org/10.30977/VEIT.2024.25.0.6

Багач Р. (2024). Синтез математичної моделі зарядної станції для електромобілів. Стале виробництво та споживання у ланцюгах створення вартості : монографія. За заг. ред. А. В. Павличенка та Л. Л. Палєхової. Дрезден, 2024.(с. 205-238)

Hnatov, A., Arhun, S., Hnatova, H., Bagach, R., Patlins, A., & Zabasta, A. (2021). Implementation of the double degree master's program on the example of the Erasmus project CybPhys. Proceedings of the 2021 IEEE 62nd International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (pp. 277-282). Riga, Latvia: Riga Technical University; Piscataway: IEEE. ISBN 978-1- 6654-3805-6, e-ISBN 978-1-6654-3804-9. doi:10.1109/RTUCON53541.2021.9711716

Plakhtii, O., Prokhorova, V., Bagach, R., Zhuchenko, O., Yermilova, N., & Perets, K. (2023). Research of Accumulator Blocks of Electric Vehicles and Charging Station Based on Current Source Rectifier. 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) (pp. 1-6). IEEE. doi:10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312968

Багач, Р.В. (2020). Загальні питання стосовно опалення електромобіля. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології [Збірка матеріалів VII Міжнародної науково-технічної Інтернет-конференції] (23-24 листопада 2020 р., м. Харків) ХНАДУ, 2020. 36–38

Hnatova, A., Bagach, R., & Sokhin, P. (2021). Economic and environmental impact of electric vehicles. Proceedings of the Fourth International Scientific and Practical Conference "Automotive Transport and Infrastructure" (pp. 215-217). Kyiv

Bagach, R. V. (2021). Community safety issues of modern Electric Vehicles in Ukraine. KhNAHU. Студентство. Наука. Іноземна мова: Збірник наукових праць студентів, аспірантів та молодих науковців (Vol. 13, No. 2, pp. 125-128). Харків: ХНАДУ

Багач, Р.В. (2021). Перспективи подальшого вдосконалення акумуляторних батарей для електромобілів. Міжнародна науково-практична конференція присвячена 90-річчю Харківського автомобільно-дорожнього університету та 90- річчю автомобільного факультету "Новітні технології в автомобілебудуванні, транспорті та при підготовці фахівців" (pp. 346-349). Харків: ХНАДУ

Багач, Р.В., & Гнатов, А.В. (2022). Енергозбереження у секторі міського електротранспорту. Тринадцята Міжнародна науково-практична конференція "Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування СЕУТТОО-2022" (с. 105–108). Херсон: ХДМА

Багач, Р.В., Ульянець, О.А., Stella Hadjistassou, Irina Ciornei, & Lenos Hadjidemetriou. (2022). Сучасні технології мобільних зарядних станцій для електромобілів. Збірка матеріалів VIII Міжнародної науково-технічної Інтернетконференції (с. 56–59). ХНАДУ. https://dl2022.khadikh.com/pluginfile.php/416773/mod_resource/content/1/%D0%97%D0%B1

Багач, Р.В. (2023). Використання зарядних станцій для електромобілів у Харківській області. Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування: 14-а Міжнародна науково-практична конференція (с. 323–327). Херсон: Херсонська державна морська академія

Багач, Р.В. (2023). Загальні проблеми енергетичного забезпечення робототехнічних пристроїв. XIХ міжнародна наукова конференція Харківського національного університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба “Новітні технології – для захисту повітряного простору”: тези доповідей, 12–13 квітня 2023 року (с. 527–528). Харків: ХНУПС ім. І. Кожедуба

Багач, Р.В., & Кальченко, О.О. (2023). Перспективи та розвиток літієвих акумуляторів в Україні. Світові тенденції ресурсозбереження на електричному транспорті: матеріали Всеукр. наук.-практ. конф., Харків, 25–27 жовт. 2023 р. (с. 31–34). Харків: ХНУМГ ім. О. М. Бекетова

Багач, Р.В., Гнатов, А.В., & Аргун, Щ.В. (2024). Використання трифазних активних випрямлячів напруги з функцією рекуперації енергії. Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування: 15-а Міжнародна науково-практична конференція, 13–15 березня 2024 р. (с. 128–132). Херсон: Херсонська державна морська академія

Bahach, R. (2024). Study of the efficiency of a charging station for electric vehicles using an active rectifier in a micro-grid system. A. Pavlychenko & L. 11 Paliekhova (Eds.), Sustainable production and consumption in industry: Challenges and opportunities. Collection of scientific articles (с. 126–133). Dresden

Hnatov, A., Arhun, Shch., Bagach, R., Nechaus, A., Tarasova, V., Ruchka, O., Don, A., & Patlins, A. (2021). Electrical power unit of the transformer oil centrifugal cleaning unit. Автомобільний транспорт, 48, 101-112. https://doi.org/10.30977/AT.2219-8342.2021.48.0.101

Mygal, V., Arhun, S., Hnatov, A., Bagach, R., & Kunicina, N. (2022, October). Methods for Diagnosing Vehicles by an Operator-Diagnostician. 2022 IEEE 63th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON) (pp. 1-6). IEEE DOI:10.1109/RTUCON56726.2022.9978906

Латвинський, В.Д., & Багач, Р.В. (2024). Аналіз технологій безпілотного електромобільного транспорту. Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування: 15-а Міжнародна науковопрактична конференція, 13–15 березня 2024 р. (с. 256–260). Херсон: Херсонська державна морська академія

Read more

Files

+1 A_Дисертація-_Багач_Р-В_ 28-05-2024.pdf

autoreferat-анотація-_Багач_Р-В.pdf

Similar theses

0824U002867

Volodymyr Hladchenko

Selection and Justification of Parameters for the Power Unit of Converted Electric Vehicles of Category M1

0824U002881

Ivan Sadovnyk

Improvement of the ecological indicators of a car by improving the warming-up process of the catalytic converter for exhaust gases

0824U002540

Оmelchenko Vasyl I.

Improving the energy efficiency of vehicles by increasing the efficiency of the wheel drive

0824U002547

Sokhin Pavlo A.

Increasing the efficiency of the charging infrastructure of electric vehicles

0823U101323

Viacheslav Garmash

Improving the maneuverability of wheeled venicles through the use of a separate wheel drive of the swing axle