avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-4-63-72RAFDEYavroen-125Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER AND CHEMICAL ENGINEERINGОбзор результатов в применении гибридных транспортных систем с маховикомOverview of results in the application of flywheel hybrid transportation systemsМохаммадТаррафMokhammadTarraf

ТАРРАФ МОХАММАД, аспирант кафедры «Автомобили» 

125319, г. Москва, пр. Ленинградский, 64

TARRAF MOKHAMMAD, Graduate Student of Automobiles Department

Moscow

ГаевскийВ. В.GayevskiyV. V.

ГАЕВСКИЙ Виталий Валентинович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автомобили» 

125319, г. Москва, пр. Ленинградский, 64

GAYEVSKIY Vitaliy Valentinovich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of Automobiles Department

Moscow

МухаммадДибMukhammadDeeb

ДИБ МУХАММАД, кандидат технических наук, ассистент кафедры «Электромеханика, электрические и электронные аппараты» 

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1

DEEB MUKHAMMAD, Candidate of Technical Sciences, Assistant of Electromechanics, Electrical and Electronic Apparatuses Department

Moscow

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)РоссияMoscow State Automobile and Road Construction State Technical UniversityRussian FederationНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University «Moscow Power Engineering Institute»Russian Federation202430122024846372Copyright © Мохаммад Т., Гаевский В.В., Мухаммад Д., 20242024Мохаммад Т., Гаевский В.В., Мухаммад Д.Mokhammad T., Gayevskiy V.V., Mukhammad D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/125

Среди нескольких типичных методов хранения энергии маховичный накопитель обладает такими преимуществами, как мгновенная мощность, высокая эффективность, быстрый отклик, экологичность и длительный срок службы, что делает его идеальной технологией вторичного хранения энергии для традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Хотя в прикладных исследованиях технологии хранения энергии на маховике достигнут определенный прогресс; в России и за рубежом нет подробных исследований, которые бы обобщили ее применение в автомобильной промышленности. В статье проведен поиск данных в базе Engineering Village и Web of Science по теме «маховичный накопитель энергии», проанализирован ход исследований технологии хранения энергии маховика в автомобильной промышленности.Результаты поиска показывают, что данная технология изучалась в течение последних 20 лет, при этом являясь нишевым направлением исследований. Что касается двух типичных гибридных систем с маховиком, а именно электрического и механического привода, авторы сосредоточились на истории изучения, исследования и проверки механической гибридной системы в автомобильной промышленности, а также на структурных характеристиках этой системы, текущем состоянии исследований и будущих тенденциях. Всесторонний анализ показывает, что механическая система благодаря чисто механической связи между маховиком и системой трансмиссии автомобиля не только решает проблему недостаточной мощности и экономии энергии, но и повышает эффективность преобразования энергии в автомобильной гибридной силовой системе с маховиком. 

Among several typical energy storage methods, that flywheel energy storage has advantages such as high instantaneous power, high-performance and long service life, making it perfect secondary energy storage technology for traditional internal combustion engine vehicles. Although some progress has been made in the applied research of flywheel energy storage technology, there are no detailed studies at home and abroad that summarize its application in the vehicle applications. This paper searches the data on «flywheel energy storage», analyzes the research progress of flywheel energy storage in automotive industry, and analyzes the research progress of flywheel energy storage in vehicle applications. The search data show that flywheel energy storage technology for the vehicle applications has been studied for the last 20 years, although it is a niche research area. With respect to two typical flywheel hybrid systems, namely electric and mechanical drive, we have focused on the history of the study, research and validation of mechanical flywheel hybrid system in the automotive industry, as well as the structural characteristics of this system, the current state of research and future research trends.

гибридный автомобильсистема накопления энергииавтомобильный аккумуляторгибридная трансмиссияавтоматическая механическая трансмиссиямаховик с электрическим приводомбесступенчатая трансмиссия «БСТ».hybrid vehicleenergy storage systemcar batteryhybrid transmissionautomated manual transmissionelectrically driven flywheelcontinuously variable transmissionReferencesКрасневский Л. Г., Николаев Ю. И. Перспективы применения гибридных силовых установок в военной автомобильной технике (по материалам зарубежной печати) // Актуальные вопросы машиноведения. 2014. Вып. 3. C. 77–82. EDN: ZCHPGJ.Krasnevskiy L. G., Nikolayev Yu. I. Perspektivy primeneniya gibridnykh silovykh ustanovok v voyennoy avtomobil’noy tekhnike (po materialam zarubezhnoy pechati) [Perspectives of application of hybrid powerplants in military vechicles (according to the materials of foreign media)] // Aktual’nyye voprosy mashinovedeniya. Actual Issues of Mechanical Engineering. 2014. Issue. 3. P. 77–82. EDN: ZCHPGJ. (In Russ.).Наказной О. А., Харитонов С. А., Никитин В. А. Частичная оценка целесообразности применения электрической трансмиссии быстроходных гусеничных машин // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 10. DOI: 10.18698/2308-6033-2013-10-974.Nakaznoy O. A., Kharitonov S. A., Nikitin V. A. Chastichnaya otsenka tselesoobraznosti primeneniya elektricheskoy transmissii bystrokhodnykh gusenichnykh mashin [Private assessment of electrical transmissions appropriateness in high-speed tracked vehicles] // Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii. Engineering Journal: Science and Innovation. 2013. Issue 10. DOI: 10.18698/2308-6033-2013-10-974. (In Russ.).Машков К. Ю., Наумов В. Н. О повышении проходимости транспортных роботов // Оборонная техника. 2008. № 1–2. С. 63–67.Mashkov K. Yu., Naumov V. N. O povyshenii prokhodimosti transportnykh robotov [On improving the cross-country mobility of transportation robots] // Oboronnaya tekhnika. Defence Equipment. 2008. No. 1–2. P. 63–67. (In Russ.).Бахмутов С. В., Селифонов В. В. Экологически чистый городской автомобиль с гибридной силовой установкой // Наука — производству. 2001. № 7.Bakhmutov S. V., Selifonov V. V. Hibrid güç santralli ekolojik olarak temiz şehir arabası / Nauka — Proizvodstvu. NTP “Virazh-centre”, 2001, № 7. (In Russ.).Накопитель энергии (Архивная копия от 15 июня 2022) // Wayback Machine // Большая российская энциклопедия. https://old.bigenc.ru/technology_and_technique/text/2246533 (дата обращения: 10.03.2024).Nakopitel’ energii (Arkhivnaya kopiya ot 15 iyunya 2022) // Wayback Machine // Bol’shaya rossiyskaya entsiklopediya. https://old.bigenc.ru/technology_and_technique/text/ 2246533 (accessed: 10.03.2024). (In Russ.).Huggins R. A. Energy Storage. Springer Science & Business Media, 2010. 424 p. ISBN 9781441910233.Huggins R. A. Energy Storage. Springer Science & Business Media, 2010. 424 p. ISBN 9781441910233. (In Engl.).Castelvecchi D. Flywheels: Spinning into Control. URL: https://web.archive.org/web/20140606223717/http://sciencewriter.org/flywheels-spinning-into-control/ (дата обращения: 16.03.2019).Castelvecchi D. Flywheels: Spinning into Control. URL: https://web.archive.org/web/20140606223717/http://sciencewriter.org/flywheels-spinning-into-control/ (accessed: 16.03.2019). (In Engl.).Electricity Storage Association (with Thermal Storage data added by author). 2010. URL: www.electricitystorage.org/ESA/ technologies (дата обращения: 16.03.2019).Electricity Storage Association (with Thermal Storage data added by author). 2010. URL: www.electricitystorage.org/ESA/ technologies (accessed: 16.03.2019). (In Engl.).Berry G. Present and future electricity storage for intermittent renewables // The 10–50 Solution: Technologies and Policies for a Low-Carbon Future. 2009. URL: https://studylib.net/doc/18563873/present-and-future-electricity-storage-forintermittentr (дата обращения: 01.04.2024).Berry G. Present and future electricity storage for intermittent renewables // The 10–50 Solution: Technologies and Policies for a Low-Carbon Future. 2009. URL: https://studylib. net/doc/18563873/present-and-future-electricity-storage-forintermittentr (accessed: 01.04.2024). (In Engl.).Guney M. S., Tepe Y. Classification and assessment of energy storage systems // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 75. P. 1187–1197. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.102.Guney M. S., Tepe Y. Classification and assessment of energy storage systems // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 75. P. 1187–1197. DOI: 10.1016/j. rser.2016.11.102. (In Engl.).Hannan M. A., Azidin F. A., Mohamed A. Hybrid electric vehicles and their challenges: A review // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 29. P. 135–150.Hannan M. A., Azidin F. A., Mohamed A. Hybrid electric vehicles and their challenges: A review // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 29. P. 135–150. (In Engl.).Hansen J. G. R., O'Kain D. U. An assessment of flywheel high power energy storage technology for hybrid vehicles. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory, 2011. URL: https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub31707.pdf (дата обращения: 10.12.2011).Hansen J. G. R., O'Kain D. U. An assessment of flywheel high power energy storage technology for hybrid vehicles. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory, 2011. URL: https:// info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub31707.pdf (accessed: 10.12.2011). (In Engl.).Hasanov A. H. oglu, Hashimov E., Zulfugarov B. Comparative analysis of the efficiency of various energy storages // Advanced Information Systems. 2023. Vol. 7(3). P. 74–80. DOI: 10.20998/2522-9052.2023.3.11.Hasanov A. H. oglu, Hashimov E., Zulfugarov B. Comparative analysis of the efficiency of various energy storages // Advanced Information Systems. 2023. Vol. 7(3). P. 74–80. DOI: 10.20998/2522-9052.2023.3.11. (In Engl.).Zhang J., Huang L., Chen Z. Research on flywheel energy storage system and its operation control technology // Chinese Journal of Electrical Engineering. 2003. Vol. 23 (3). P. 108–111.Zhang J., Huang L., Chen Z. Research on flywheel energy storage system and its operation control technology // Chinese Journal of Electrical Engineering. 2003. Vol. 23 (3). P. 108–111. (In Engl.).Моисеенко В. Л., Дмитриев А. В., Максимчик К. В., Письменная Н. В. Эксплуатация гибридного привода на железнодорожном транспорте // Проблемы безопасности на транспорте: материалы X Междунар. науч.практ. конф. (Гомель, 26–27 ноября 2020 г.). В 5 ч. / под общ. ред. Ю. И. Кулаженко. Гомель: Изд-во БелГУТ, 2020. Ч. 5. С. 94–96. EDN: EBKITN.Moiseyenko V. L., Dmitriyev A. V., Maksimchik K. V., Pis’mennaya N. V. Ekspluatatsiya gibridnogo privoda na zheleznodorozhnom transporte [Operation of hybrid drive in railway transport] // Problemy bezopasnosti na transporte. Transport Safety Issues. In 5 Part / Ed. by Yu. I. Kulazhenko. Gomel’, 2020. Part 5. P. 94–96. EDN: EBKITN. (In Russ.).Bolund B., Bernhoff H., Leijon M. Flywheel energy and power storage systems // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2007. Vol. 11 (2). Vol. 235–258. DOI: 10.1016/j. rser.2005.01.004.Bolund B., Bernhoff H., Leijon M. Flywheel energy and power storage systems // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2007. Vol. 11 (2). Vol. 235–258. DOI: 10.1016/j. rser.2005.01.004. (In Engl.).Tang X., Hu X., Yang W., Yu H. Novel Torsional Vibration Modeling and Assessment of a Power-Split Hybrid Electric Vehicle Equipped With a Dual-Mass Flywheel // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2017. Vol. 67, № 3. DOI: 10.1109/TVT.2017.2769084.Tang X., Hu X., Yang W., Yu H. Novel Torsional Vibration Modeling and Assessment of a Power-Split Hybrid Electric Vehicle Equipped With a Dual-Mass Flywheel // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2017. Vol. 67, no. 3. DOI: 10.1109/TVT.2017.2769084. (In Engl.).Dhand A., Pullen K. Review of flywheel based internal combustion engine hybrid vehicles // International Journal of Automotive Technology. 2013. Vol. 14 (5). P. 707–804. DOI: 10.1007/s12239-013-0088-x.Dhand A., Pullen K. Review of flywheel based internal combustion engine hybrid vehicles // International Journal of Automotive Technology. 2013. Vol. 14 (5). P. 707–804. DOI: 10.1007/s12239-013-0088-x. (In Engl.).Hebner R., Beno J., Walls A. Flywheel Batteries come around again // IEEE Spectrum. 2002. Vol. 39 (4). P. 46–51. DOI:10.1109/6.993788.Hebner R., Beno J., Walls A. Flywheel Batteries come around again // IEEE Spectrum. 2002. Vol. 39 (4). P. 46–51. DOI:10.1109/6.993788. (In Engl.).Mouratidis P., Schüßler B., Rinderknecht S. Hybrid Energy Storage System consisting of a Flywheel and a Lithiumion Battery for the Provision of Primary Control Reserve // 2019 8th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Brasov, Romania. 2019. P. 94–99. DOI: 10.1109/ICRERA47325.2019.8996553.Mouratidis P., Schüßler B., Rinderknecht S. Hybrid Energy Storage System consisting of a Flywheel and a Lithiumion Battery for the Provision of Primary Control Reserve // 2019 8th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), Brasov, Romania. 2019. P. 94–99. DOI: 10.1109/ICRERA47325.2019.8996553. (In Engl.).Diego U., Martinea P., Mcglashan N. The mechanical hybrid vehicle: an investigation of a flywheel-based vehicular regenerative energy capture system // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2008. Vol. 222 (11). P. 2087–2101. DOI: 10.1243/09544070JAUTO677.Diego U., Martinea P., Mcglashan N. The mechanical hybrid vehicle: an investigation of a flywheel-based vehicular regenerative energy capture system // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2008. Vol. 222 (11). P. 2087–2101. DOI: 10.1243/09544070JAUTO677. (In Engl.).Шабанов А. В., Ломакин В. В., Шабанов А. А., Сальников В. И. Применение комбинированных силовых установок на автомобилях и экологическая безопасность окружающей среды // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 1, № 1 (15). С. 232–239. DOI: 10.17816/2074-0530-68365. EDN: QIMILT.Shabanov A. V., Lomakin V. V., Shabanov A. A., Salnikov V. I. Primeneniye kombinirovannykh silovykh ustanovok na avtomobilyakh i ekologicheskaya bezopasnost’ okruzhayushchey sredy [Usage of combined power units in vehicles and environmental safety] // Izvestiya MGTU «MAMI». Izvestia MGTU MAMI. 2013. Vol. 1, no. 1 (15). P. 232–239. DOI: https:// doi.org/10.17816/2074-0530-68365. EDN: QIMILT. (In Russ.).Zhang X., Chu Jiangwei, Li H. [et al.]. Key technologies of flywheel energy storage systems and current development status // Energy Storage Science and Technology. Vol. 2015. Vol. 4 (1). P. 55–60.Zhang X., Chu Jiangwei, Li H. [et al.]. Key technologies of flywheel energy storage systems and current development status // Energy Storage Science and Technology. Vol. 2015. Vol. 4 (1). P. 55–60. (In Engl.).Dhand A., Pullen K. R. Review of Flywheel based Internal Combustion Engine Hybrid Vehicles // International Journal of Automotive Technology. 2013. Vol. 14 (5). P. 797–804. DOI: 10.1007/s12239-013-0088-x.Dhand A., Pullen K. R. Review of Flywheel based Internal Combustion Engine Hybrid Vehicles // International Journal of Automotive Technology. 2013. Vol. 14 (5). P. 797–804. DOI: 10.1007/s12239-013-0088-x. (In Engl.).Hofman T., van Drutenet R. M., Hoekstra D. [et al.]. Optimal design of energy storage systems for hybrid vehicle drivetrains // IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. 2005. DOI: 10.1109/VPPC.2005.1554535.Hofman T., van Drutenet R. M., Hoekstra D. [et al.]. Optimal design of energy storage systems for hybrid vehicle drivetrains // IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference. 2005. DOI: 10.1109/VPPC.2005.1554535. (In Engl.).Song L., Yi Y., Xiaoliang Z. Research on Energy Management Strategy for Electric Vehicles Based on Flywheel Energy Storage // 2024 IEEE 2nd International Conference on Control, Electronics and Computer Technology (ICCECT), Jilin, China. 2024. P. 205– 210. DOI: 10.1109/ICCECT60629.2024.10545973.Song L., Yi Y., Xiaoliang Z. Research on Energy Management Strategy for Electric Vehicles Based on Flywheel Energy Storage // 2024 IEEE 2nd International Conference on Control, Electronics and Computer Technology (ICCECT), Jilin, China. 2024. P. 205–210. DOI: 10.1109/ICCECT60629.2024.10545973. (In Engl.).Greenwood C. J. Integration of a commercial vehicle regenerative braking driveline // Int. Conf. Integrated Engine Transmission Systems. 1986. P. 127–133.Greenwood C. J. Integration of a commercial vehicle regenerative braking driveline // Int. Conf. Integrated Engine Transmission Systems. 1986. P. 127–133. (In Engl.).Brockbank C., Greenwood C. Fuel economy benefits of a flywheel and CVT based mechanical hybrid for city bus and commercial vehicle applications // SAE International Journal of Commercial Vehicles. 2010. Vol. 2 (2). P. 115–122. DOI: 10.4271/2009-01-2868.Brockbank C., Greenwood C. Fuel economy benefits of a flywheel and CVT based mechanical hybrid for city bus and commercial vehicle applications // SAE International Journal of Commercial Vehicles. 2010. Vol. 2 (2). P. 115–122. DOI: 10.4271/2009-01-2868. (In Engl.).Vroemen B., Serrarens A. F. A., Veldpaus F. Hierarchical control of the zero-inertia powertrain // SAE Reviews. 2001. Vol. 22 (4). P. 519–526. DOI: 10.1016/S0389-4304(01)00139-4.Vroemen B., Serrarens A. F. A., Veldpaus F. Hierarchical control of the zero-inertia powertrain // SAE Reviews. 2001. Vol. 22 (4). P. 519–526. DOI: 10.1016/S0389-4304(01)00139-4. (In Engl.).Alirezaei M., Kanarachos S., Scheepers B., Maurice J. P. Experimental evaluation of optimal Vehicle Dynamic Control based on the State Dependent Riccati Equation technique // 2013 American Control Conference, Washington, DC, USA. 2013. P. 408–412.Alirezaei M., Kanarachos S., Scheepers B., Maurice J. P. Experimental evaluation of optimal Vehicle Dynamic Control based on the State Dependent Riccati Equation technique // 2013 American Control Conference, Washington, DC, USA. 2013. P. 408–412. (In Engl.).Volvo Cars tests of flywheel technology confirm fuel savings of up to 25 percent // Volvo Car Group. URL: https://www.media.volvocars.com/global/en-gb/media/pressreleases/48800 (дата обращения: 25.04.2013).Volvo Cars tests of flywheel technology confirm fuel savings of up to 25 percent // Volvo Car Group. URL: https://www. media.volvocars.com/global/en-gb/media/pressreleases/48800 (accessed: 25.04. 2013). (In Engl.).Haike New Energy Team. «Electric» flywheel hybrid system-cyclic kinetic propulsion system // Changzhou Haike New Energy Technology. URL: http://www.chk-net.com/product.asp?id=12 (дата обращения: 20.07.2012).Haike New Energy Team. «Electric» flywheel hybrid system-cyclic kinetic propulsion system // Changzhou Haike New Energy Technology. URL: http://www.chk-net.com/product. asp?id=12 (accessed: 20.07. 2012). (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.