Bulletin of scientific research results Bulletin of scientific research results Бюллетень результатов научных исследований 2223-9987 96645 10.20295/2223-9987-2025-1-88-105 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Studying an Electric Locomotive Driving Cycle Model with an Experimental Electric Energy Storage Device for Shunting Operations Исследование модели ездового цикла электровоза с экспериментальным накопителем электроэнергии в процессе маневровых работ Алеков Степан Федорович Alekov Stepan Fedorovich VirusApienz@yandex.ru Куликов Алексей Сергеевич Kulikov Aleksey Sergeevich mexanicbird@gmail.com Голубчик Тимофей Владимирович Golubchik Timofey Vladimirovich golubchik@bmstu.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Иванов Михаил Алексеевич Ivanov Mihail Alekseevich ma.ivanov@tmholding.ru Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет Москва Россия Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) Moscow Russian Federation Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет Москва Россия Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) Moscow Russian Federation Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Москва Россия Bauman Moscow State Technical University Moscow Russian Federation ООО «Центр перспективных технологий ТМХ» Москва Россия OOO “Tsentr Perspektivnykh Tekhnologii TMH” Moscow Russian Federation 25 03 2025 25 03 2025 2025 1 88 105 24 03 2025 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/96645/view

В настоящее время наблюдается активный переход на электрифицированные транспортные средства, обусловленный снижением стоимости энергии и ростом плотности химических источников тока. В железнодорожной отрасли это проявляется в электрификации подвижного состава, особенно для работ на вокзалах и в депо, где использование дизелей ограничено экологическими факторами. Кроме того, электровозы могут функционировать на неэлектрифицированных участках железнодорожных путей, что открывает новые перспективы для устойчивого развития транспортной инфраструктуры. Цель: Исследование технических параметров и энергетических характеристик накопителя электроэнергии (НЭ) для эффективного применения в составе электровозов. Методы: В данной статье рассмотрены ключевые вопросы энергетики ездовых циклов движения и актуальности применения накопителя электроэнергии в составе электровоза. Показано сравнение полученных экспериментальных данных с расчетными. Результаты: Приведена модель ездового цикла аккумуляторного локомотива, основанная на расчете времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки (ДГУ) традиционного дизельного локомотива. Представлены экспериментальные данные работы накопителя энергии (НЭ) в составе электровоза, а также результаты анализа полученных данных. Выявлены необходимые технические параметры НЭ, которые обеспечивают эффективное функционирование электровоза в рамках суточного цикла работы на железнодорожном вокзале. Практическая значимость: Проведенные исследования дают представление об энергетических параметрах и режимах работы контактно-аккумуляторного маневрового локомотива в течение рабочего дня. Позволяют определить параметры НЭ, такие как мощности заряда и разряда, средние и максимальные значения расхода энергии. Исследования могут привести к созданию более эффективных механизмов накопления и использования электроэнергии, что позволит снизить эксплуатационные затраты электровозов и повысить их энергетическую эффективность. Практическое исследование накопителей электроэнергии может быть полезно не только для железнодорожного транспорта, но и для других областей, где необходимы эффективные системы энергосбережения.

Currently, there has been an active transition to electrified vehicles due to energy cost reduction and increased density of electro-chemical power sources. This has been manifested in the rolling stock electrification in the railway industry, especially in railway stations and depots where the use of diesel engines is limited due to environmental factors. In addition, electric locomotives can operate on non-electrified railway sections and this opens up new prospects for the sustainable development of transport infrastructure. Purpose: To study the technical parameters and energy characteristics of the electric energy storage for efficient use on electric locomotives. Methods: This article considers the key issues of energy of driving cycles and application of electric energy storage on electric locomotives. The experimental data obtained have been compared with the calculated ones. Results: A driving cycle model of a battery locomotive has been developed based on the calculation of the diesel generator (DGS) operating time of a traditional diesel locomotive. The experimental data on the energy storage system (ESS) operation as part of an electric locomotive, as well as the obtained data analysis are presented. The ESS technical parameters necessary for ensuring the electric locomotive efficient operation within the daily cycle of work at the railway station have been identified. Practical significance: The conducted studies have illustrated the energy parameters and operating modes of the contact-battery shunting locomotive during the workday. They allow determining the ESS parameters such as charge and discharge capacity and energy consumption average and maximum values. The study can promote the creation of more efficient mechanisms for the electrical energy accumulation and application, which will reduce the electric locomotive operating costs and increase their energy efficiency. Practical research of electrical energy storage devices can be useful not only for rail transport but also for other areas where efficient energy saving systems are essential

 Накопитель электроэнергии электровоз ездовые циклы литийионный аккумулятор железнодорожный транспорт Electrical energy storage device electric locomotive driving cycles lithium-ion battery rail transport

Alekov S. F. Increasing the durability of diesel generator engines by using energy storage systems and optimizing operating modes / S. F. Alekov, A. A. Pegachkov // STEEL IN TRANSLATION 2024. — Pp. 220–225. Alekov S. F. Increasing the durability of diesel generator engines by using energy storage systems and optimizing operating modes / S. F. Alekov, A. A. Pegachkov // STEEL IN TRANSLATION 2024. — Pp. 220–225. Marius A. G. Electric Drive Solution for Short Distance Passenger Railway Vehicles on Non-Electrified or Mixed Lines / A. G. Marius, P. Gabriel, A. Sorin // Electric Vehicles International Conference (EV) 2019. — 5 p. Проблематика транспортных систем 101 ISSN 2223-9987. Бюллетень результатов научных исследований 2025/1 Marius A. G. Electric Drive Solution for Short Distance Passenger Railway Vehicles on Non-Electrified or Mixed Lines / A. G. Marius, P. Gabriel, A. Sorin // Electric Vehicles International Conference (EV) 2019. — 5 p. Problematika transportnyh sistem 101 ISSN 2223-9987. Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy 2025/1 Hoang-Phuong N. CO2 Reduction Potential by Putting Electric Vehicles into Operation in Phu Quoc Island, Viet Nam / N. Hoang-Phuong, V. Viet-Cuong, L. Tan-Dong et al. // IEEE Conference 2019. — 6 p. Hoang-Phuong N. CO2 Reduction Potential by Putting Electric Vehicles into Operation in Phu Quoc Island, Viet Nam / N. Hoang-Phuong, V. Viet-Cuong, L. Tan-Dong et al. // IEEE Conference 2019. — 6 p. Щуров Н. И. Анализ влияния режимов движения электромобилей на процесс старения тяговых аккумуляторов на основе цикла WLTC / Н. И. Щуров, А. А. Штанг, С. И. Дедов и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. — 2020. — Т. 13(8). — С. 977–990. Schurov N. I. Analiz vliyaniya rezhimov dvizheniya elektromobiley na process stareniya tyagovyh akkumulyatorov na osnove cikla WLTC / N. I. Schurov, A. A. Shtang, S. I. Dedov i dr. // Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tehnika i tehnologii. — 2020. — T. 13(8). — S. 977–990. Florian D. Modeling Large-Scale Manufacturing of Lithium-Ion Battery Cells: Impact of New Technologies on Production Economics / D. Florian // IEEE Transactions on Engineering Management 2023. — Pp. 6753–6769. Florian D. Modeling Large-Scale Manufacturing of Lithium-Ion Battery Cells: Impact of New Technologies on Production Economics / D. Florian // IEEE Transactions on Engineering Management 2023. — Pp. 6753–6769. Mingyue J. Evaluation on Total Cost of Ownership of Electric Forklifts with lithium-ion battery / J. Mingyue, P. Fengwen, H. Xueqi et al. // IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC) 2021. Mingyue J. Evaluation on Total Cost of Ownership of Electric Forklifts with lithium-ion battery / J. Mingyue, P. Fengwen, H. Xueqi et al. // IEEE 4th International Electrical and Energy Conference (CIEEC) 2021. Umar S. Comparing the economic value of lithium-ion battery technologies in the nine wholesale electricity markets in North America 2022 / S. Umar, B. Sacha, J. Zekun et al. — Pp. 363–373. Umar S. Comparing the economic value of lithium-ion battery technologies in the nine wholesale electricity markets in North America 2022 / S. Umar, B. Sacha, J. Zekun et al. — Pp. 363–373. ГОСТ Р 55364 — 2012. Электровозы. Общие технические требования. — М.: Стандартформ, 2013. — 36 с. GOST R 55364 — 2012. Elektrovozy. Obschie tehnicheskie trebovaniya. — M.: Standartform, 2013. — 36 s. Федеральный закон от 22.07.2008 №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Federal'nyy zakon ot 22.07.2008 №123-FZ «Tehnicheskiy reglament o trebovaniyah pozharnoy bezopasnosti». ГОСТ 34394—2018. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав. Требования пожарной безопасности. М.: Стандартформ, 2018. — 19 с. GOST 34394—2018. Lokomotivy i motorvagonnyy podvizhnoy sostav. Trebovaniya pozharnoy bezopasnosti. M.: Standartform, 2018. — 19 s. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» (редакция, действующая с 20 мая 2023 года). — 322 с. Tehnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza TR TS 018/2011 «O bezopasnosti kolesnyh transportnyh sredstv» (redakciya, deystvuyuschaya s 20 maya 2023 goda). — 322 s. Акуличев В. О. Применение мобильных систем накопления электрической энергии для электроснабжения удаленных потребителей малой и средней мощности / В.О. Акуличев В. В. Микрюков, А.А. Пацев и др. // Электроэнергия. Передача и распределение. — 2022. — № 6(75). Akulichev V. O. Primenenie mobil'nyh sistem nakopleniya elektricheskoy energii dlya elektrosnabzheniya udalennyh potrebiteley maloy i sredney moschnosti / V.O. Akulichev V. V. Mikryukov, A.A. Pacev i dr. // Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie. — 2022. — № 6(75). Аблазов Б. Г. Технология бесперебойного электроснабжения удаленных потребителей с применением мобильных систем накопления электрической энергии на базе литий-ионных аккумуляторных батарей / Б. Г. Аблазов, Е. В. Ежов, А. С. Куликов // Роснано. — URL: https:// www.rusnano.com/upload/documents/BMSNEE-Article.pdf. Ablazov B. G. Tehnologiya bespereboynogo elektrosnabzheniya udalennyh potrebiteley s primeneniem mobil'nyh sistem nakopleniya elektricheskoy energii na baze litiy-ionnyh akkumulyatornyh batarey / B. G. Ablazov, E. V. Ezhov, A. S. Kulikov // Rosnano. — URL: https:// www.rusnano.com/upload/documents/BMSNEE-Article.pdf. Helmut W. Battery powered high efficiency drive systems in practical applications / W. Helmut // Труды Международной шестнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока», г. Екатеринбург, 05–09 октября 2015 г. — Екатеринбург: УрФУ, 2015. — С. 163–166. — URL: http://elar.urfu.ru/handle/10995/35302 2015. Helmut W. Battery powered high efficiency drive systems in practical applications / W. Helmut // Trudy Mezhdunarodnoy shestnadcatoy nauchno-tehnicheskoy konferencii «Elektroprivody peremennogo toka», g. Ekaterinburg, 05–09 oktyabrya 2015 g. — Ekaterinburg: UrFU, 2015. — S. 163–166. — URL: http://elar.urfu.ru/handle/10995/35302 2015. Helmut W. Large lithium-ion battery-powered electric vehicles — from idea to reality / W. Helmut, W. Thomas, Z. Herbert // IEEE Conference 2018. — 5 p. Helmut W. Large lithium-ion battery-powered electric vehicles — from idea to reality / W. Helmut, W. Thomas, Z. Herbert // IEEE Conference 2018. — 5 p. Shtang A. A. Battery-electric shunting locomotive with lithium-polymer storage batteries / A. A. Shtang, M. V. Yaroslavtsev // 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST) 2016. — 4 p. 102 Проблематика транспортных систем 2025/1 Bulletin оf Scientific Research Results Shtang A. A. Battery-electric shunting locomotive with lithium-polymer storage batteries / A. A. Shtang, M. V. Yaroslavtsev // 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST) 2016. — 4 p. 102 Problematika transportnyh sistem 2025/1 Bulletin of Scientific Research Results Yodsaphat W. A Design of Energy Storage System for Electric Locomotive / W. Yodsaphat, R. Tananat, T. Chanchai // IEEE Conference 2021. — 4 p. Yodsaphat W. A Design of Energy Storage System for Electric Locomotive / W. Yodsaphat, R. Tananat, T. Chanchai // IEEE Conference 2021. — 4 p. Сокирка О. П. Дайджест перспективные технологии развития отрасли железнодорожного транспорта / О. П. Сокирка. — РОСЖЕЛДОР Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО РГУПС), 2023. — 124 c. Sokirka O. P. Daydzhest perspektivnye tehnologii razvitiya otrasli zheleznodorozhnogo transporta / O. P. Sokirka. — ROSZhELDOR Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya «Rostovskiy gosudarstvennyy universitet putey soobscheniya» (FGBOU VO RGUPS), 2023. — 124 c. Алеков С. Ф. Обзор систем термостатирования литий-ионных ячеек аккумуляторной батареи / С. Ф. Алеков, Т. В. Голубчик // Ремонт. Восстановление. Модернизация. — 2022. — № 6. — С. 20–25. Alekov S. F. Obzor sistem termostatirovaniya litiy-ionnyh yacheek akkumulyatornoy batarei / S. F. Alekov, T. V. Golubchik // Remont. Vosstanovlenie. Modernizaciya. — 2022. — № 6. — S. 20–25. Голубчик Т. В. Результаты экспериментальных испытаний литий-железо-фосфатного аккумулятора производства компании «ЛИОТЕХ» в низкотемпературных условиях / Т. В. Голубчик, А. С. Куликов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2021. — № 1. — С. 17–20. Golubchik T. V. Rezul'taty eksperimental'nyh ispytaniy litiy-zhelezo-fosfatnogo akkumulyatora proizvodstva kompanii «LIOTEH» v nizkotemperaturnyh usloviyah / T. V. Golubchik, A. S. Kulikov // Elektronika i elektrooborudovanie transporta. 2021. — № 1. — S. 17–20. Михеев В. А. Оценка эксплуатационной экономичности дизельных локомотивов на заданном участке обслуживания / В. А. Михеев // Вестник СибАДИ. — 2015. — Вып. 1(41). — С. 91–96. Miheev V. A. Ocenka ekspluatacionnoy ekonomichnosti dizel'nyh lokomotivov na zadannom uchastke obsluzhivaniya / V. A. Miheev // Vestnik SibADI. — 2015. — Vyp. 1(41). — S. 91–96. Михеев В. А. Расчет времени эксплуатационной работы дизель-генераторной установки тепловоза по позициям контроллера машиниста / В. А. Михеев // Вестник ИрГТУ. — 2010. — № 2(42). — С. 142–146. Miheev V. A. Raschet vremeni ekspluatacionnoy raboty dizel'-generatornoy ustanovki teplovoza po poziciyam kontrollera mashinista / V. A. Miheev // Vestnik IrGTU. — 2010. — № 2(42). — S. 142–146. Laxman T. Battery Degradation in Electric and Hybrid Electric Vehicles: A Survey Study / T. Laxman, R. Payam, H. Phuong et al. // IEEE 2023. — Pp. 42431–42462. Laxman T. Battery Degradation in Electric and Hybrid Electric Vehicles: A Survey Study / T. Laxman, R. Payam, H. Phuong et al. // IEEE 2023. — Pp. 42431–42462. Aramis P. Modelling the degradation process of lithium-ion batteries when operating at erratic state-of-charge swing ranges / P. Aramis, Q. Vanessa, R. Heraldo et al. // IEEE Conference 2017. — 6 p. Aramis P. Modelling the degradation process of lithium-ion batteries when operating at erratic state-of-charge swing ranges / P. Aramis, Q. Vanessa, R. Heraldo et al. // IEEE Conference 2017. — 6 p. Ahmed S. A. Battery Energy Management Techniques for an Electric Vehicle Traction System / S. A. Ahmed, M. Shayok, R. Habibur // IEEE Access. 2022. — Vol. 10. — Pp. 84015–84037. Ahmed S. A. Battery Energy Management Techniques for an Electric Vehicle Traction System / S. A. Ahmed, M. Shayok, R. Habibur // IEEE Access. 2022. — Vol. 10. — Pp. 84015–84037. Mingyu L. Electric Vehicle Operation Scheduling Optimization Considering Electrochemical Characteristics of Li-ion Batteries / L. Mingyu, H. Bing, L. Shaofeng // 35th Youth Academic Annual Conference of Chinese Association of Automation (YAC). — 2020. — Pp. 89–94. Mingyu L. Electric Vehicle Operation Scheduling Optimization Considering Electrochemical Characteristics of Li-ion Batteries / L. Mingyu, H. Bing, L. Shaofeng // 35th Youth Academic Annual Conference of Chinese Association of Automation (YAC). — 2020. — Pp. 89–94. Wang H. The influence of operating conditions on discharge characteristics for traction battery / H. Wang, H. Sun, W. Chen et al. // 5th International Conference on Information Science and Control Engineering. — 2018. — Pp. 1286–1290. Wang H. The influence of operating conditions on discharge characteristics for traction battery / H. Wang, H. Sun, W. Chen et al. // 5th International Conference on Information Science and Control Engineering. — 2018. — Pp. 1286–1290.