双能量源纯电动汽车的最新研究进展

DOI1016576/JCNKI10074414201602070双能量源纯电动汽车的最新研究进展邢峰重庆工商职业学院汽车工程学院,重庆401520摘要对双能量源纯电动汽车的最新研究进展进行了分析。从国内、国外两方面,分别对双能量源纯电动汽车能量管理系统的技术研究进行阐述,列举了最新研究成果。对目前应用的电动汽车双能量源能量控制策略进行分析,指出各类控制策略的优缺点和应用前景,阐明目前需进一步深入研究纯电动汽车双能量源问题建模及优化控制策略。关键词双能量源纯电动汽车研究进展中图分类号U469文献标志码A文章编号10074414201602020602RECENTRESEARCHPROGRESSOFBLADEELECTRICVEHICLESWITHHYBRIDENERGYSOURCESXINGFENGCOLLEGEOFAUTOMOTIVEENGINEERING,CHONGQINGTECHNOLOGYANDBUSINESSINSTITUTE,CHONGQING401520,CHINAABSTRACTTHELATESTRESEARCHPROGRESSOFBLADEELECTRICVEHICLEWITHBATTERYULTRACAPACITORHYBRIDENERGYSOURCESISANALYZEDFROMTWOASPECTSOFDOMESTICANDFOREIGN,THEENERGYMANAGEMENTSYSTEMOFBLADEELECTRICVEHICLEISDESCRIBED,ANDTHELATESTRESEARCHRESULTSARELISTEDTHEAPPLICATIONOFENERGYCONTROLSTRATEGYOFDUALENERGYSOURCEISANALYZEDADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFTHECONTROLSTRATEGIESANDTHEREAPPLICATIONPROSPECTSAREPOINTEDOUTATLAST,THEMOSTNEEDEDRESEARCHONBLADEELECTRICVEHICLEWITHHYBRIDENERGYSOURCESISCLARIFIEDKEYWORDSDUALENERGYSYSTEMBLADEELECTRICVEHICLERESEARCHPROGRESS0引言随着环境污染日益严重和环保意识的增强,汽车工业大国都积极推进电动汽车的研发、生产和推广。许多汽车生产大国将新能源汽车发展作为增强国内汽车工业和国民经济竞争力的重要国策,电动汽车市场也迅速扩大。2015年,世界电动汽车销量超过60万辆,预计到2020年,世界各国的马路上会有2000多万辆电动汽车在行驶1。1双能量源管理系统技术研究进展传统纯电动汽车以蓄电池作为唯一动力来源。近年来,锂电池技术虽然日趋完善,但仍不能解决汽车续驶里程短、加速性能差等问题。将蓄电池和超级电容器并联在一起,以适当的控制策略进行功率分配,形成蓄电池超级电容器新型双能量源纯电动汽车,可以很好满足能量储存和瞬时大电流的需求2,成为国内外汽车企业和研究团队的研究热点。国外很多研发团队和汽车公司对双能量源纯电动汽车能量管理进行了深入研究。MATTHEWZOLOT3等研究了双能量源参数匹配和系统控制策略,提出了双能量源系统设计的理论和方法对双能量源系统进行控制策略优化,使各能量源相互配合,在存储电量、充放电等方面发挥各自的优势通过实验比较了双能量源的成本、经济性、能量回收效率等指标,分析了双能量源的优势。WANGK4等用镍氢蓄电池和超级电容组成双能源系统,利用控制充、放电电流的方法控制双能量源各部分的功率进行了一系列仿真分析,限制电池放电电流并采用低通滤波,控制镍氢电池和超级电容充、放电电流,取得了较好控制效果。ORTUZARM5等针对不同运行工况,对双能量源电动汽车进行了系列路面试验。实验结果表明,超级电容能大幅度降低蓄电池负担,在加速、爬坡时汽车动力性更好,并且可以高效回收更多制动能量。FIAT公司对双能量源电动汽车进行了深入研究,以铅酸蓄电池和超级电容组成双能源系统为汽车提供能量,进行了大量测试。在不同的工况下,双能量源电动汽车在能量利用效率方面优势明显,节约能量达到14左右,在市区工况下节能接近40。验证了双能量源系统及其控制策略的研究价值和发展前景6。国内对纯电动汽车双能量源系统管理的研究越来越多。主要是在经典的双能量源控制策略基础上,分析车辆行驶中各工况的影响,并优化控制策略,使其更加高效。602行业发展综述2016年第2期第29卷,总第142期机械研究与应用收稿日期20160221基金项目重庆市科委科学技术研究项目CSTC2015JCYJA1092作者简介邢峰1973,男,山东淄博人,副教授,高级工程师,主要从事新能源汽车技术研究方面的工作。山东大学石庆生等7发现双能量源模糊控制器容易陷入局部最优,利用粒子群优化方法对模糊规则、隶属度函数等模糊控制器进行了优化。对改进后的模糊控制器进行试验,证明能量源各部分能够满足汽车实时工况需求。武汉理工大学刘志强等8研究了双能量源系统再生制动过程的控制策略。基于最大化回收制动能量控制,考虑蓄电池和超级电容剩余电量的影响,制定汽车制动工况双能量源控制策略。在汽车再生制动试验台上进行试验,蓄电池能够以稳定、较低的电流充放电。长安大学汪贵平等9设计了模糊自调整控制策略,实现蓄电池和超级电容的输出电压匹配在制动运行状态下实现对超级电容和蓄电池的恒流充电从整车动力性、经济性、能量源效率和制动能量回收四个方面对双能量源模糊控制效果进行了仿真验证结合典型循环工况,对双能量源纯电动汽车控制进行了仿真分析。吉林大学杜爽1等建立的模糊控制模型以需求功率、蓄电池SOC和超级电容SOC为输入量,以蓄电池功率分配因子为输出量提出双能量源自适应模糊PI控制策略,通过控制器参数调节来调整偏差值,并将自适应模糊PI控制和模糊控制在典型工况下进行仿真比较提出BP神经网络和支持向量机两种算法,对纯电动汽车续驶里程进行预测。2控制策略研究现状目前,关于蓄电池超级电容双能量源管理系统的研究应用主要集中在混合动力汽车能量管理方面,关于纯电动汽车双能量源能量管理问题建模及优化控制方面的系统阐述还比较少。目前应用的电动汽车双能量源能量控制策略主要有以下几方面1静态逻辑门限控制策略静态逻辑门限控制策略是通过一组静态参数将双能量源运行限制在一定范围内。由于路况、风力及车辆运行工况的影响,双能量源各参数之间相互影响,需要通过求解带约束条件的非线性方程,对参数进行合理设置和调整才能较好满足整车性能和能量效率的要求。这类问题求解过程比较复杂,一般要求目标函数连续、可微、满足利普希茨连续条件等,而在双能量源纯电动汽车能量管理问题中,很难完全满足这些条件10。2全局最优控制策略全局最优控制策略应用最优控制理论和最优化方法,能够在特定循环工况下达到全局最优。全局最优控制在实际实时控制应用上还不成熟,对于实际车辆行驶的各种工况往往不能达到全局最优,有待进一步研究11。3实时优化控制策略实时优化控制策略通过构建合理的目标函数,进行实时计算和比较,来确定动力源的最佳工作点,提供汽车动力系统最佳工作参数的实时判断。实时优化控制策略被控对象多,计算量巨大,很难在实际车辆上实现,需要的微处理芯片昂贵而难以推广,或者由于计算延迟导致对瞬态工况的实时控制失效12。4智能控制策略基于模糊逻辑、神经网络控制或预测控制等的智能控制策略在能量管理领域的应用受到重视,其中研究、应用较多的是模糊控制策略。模糊控制以测量数据为依据,把人的经验转换为控制逻辑,模拟人的思维过程去解决问题。模糊控制不依赖精确的数学模型,通过应用模糊逻辑关系决策动力系统的工作模式和功率分配,具有实时性好、鲁棒性强和很强的实用性,能够克服传统控制策略的许多不足,有较好的应用前景1314。3结语混合动力汽车的双能量源作为辅助系统工作,对控制要求不高,一般直接进行工作模式分析,设定简单控制规则,不进行能量管理问题系统建模和优化控制。而在纯电动汽车中,汽车动力全部来自双能量源,双能量源系统的控制效果直接决定汽车的动力性、经济性等综合性能。对纯电动汽车双能量源动力系统管理问题的研究还很欠缺,迫切需要在混合动力汽车能量管理研究的基础上,进一步深入研究纯电动汽车双能量源能量管理问题建模及优化控制策略。参考文献1杜爽双能量源纯电动汽车能量管理关键技术的研究D长春吉林大学,20152JOHNMMILLER,RICHARDSMITHULTRACAPACITORASSISTEDELECTRICDRIVESFORTRANSPORTATIONAIEEEINTERNATIONALELECTRICMACHINESANDDRIVESCONFERENCEC,2003,226706763MATTHEWZDUALSOURCEENERGYSTORAGECONTROLANDPERFORMANCEADVANTAGESINADVANCEDVEHICLESCEVS20,PROCEEDING,20034WANGK,LEEFCOPERATIONPRINCIPLESOFBIDIRECTIONALFULLBRIDGEDC/DCCONVERTERWITHUNIFIEDSOFTSWITCHINGSCHEMEANDSOFTSTARTINGCAPABILITYCAPPLIEDPOWERELECTRONICSCONFERENCEANDEXPOSITION,20001111185ORTUZARM,MORENOJ,DIXONJULTRACAPACITORBASEDAUXILIARYENERGYSYSTEMFORANELECTRICVEHICLEIMPLEMENTATIONANDEVALUATIONJINDUSTRIALELECTRONICS,IEEETRANSACTIONSONS02780046,2007,544214721566MATTHEWZ,TONYMANALYSISOFFUELCELLVEHICLEHYBRIDIZATIONANDIMPLICATIONSFORENERGYSTORAGEDEVICESCADVANCEAUTOMOTIVEBATTERYCONFERENCE,SANFRANCISCO,2004,2425557石庆升纯电动汽车能量管理关键技术问题的研究D济南山东大学,2009下转第209页702机械研究与应用2016年第2期第29卷,总第142期行业发展综述特别是经基础雷管完成装填工艺后,基础模内的基础雷管根本就不能直接进行下一步的装配工艺,目前的工艺都是人工手工从基础模中提取出来进行卡腰、卡口装配,这也是造成此工序事故多发的主要原因。2卡口工序衔接出现问题主要是由于引火元件头后部带有12M的导线,属于柔性套件,与基础雷管进行装配的对接难度很大,特别是大规模集成化用机械结构来配合,难度很大。3工业雷管在生产过程中非常敏感,特别是因摩擦引起的静电都会造成雷管殉爆,对安全生产十分不利,因此对工业雷管的设计要考虑的因素非常多,造成设计周期非常长,推广的难度也非常大。另外在行业方面,由于国外的自动装填生产设备对管壳质量以及药剂的流散性要求很高,在我国应用受到很多限制,同时设备的成本实在太高,许多中小型企业都无法购置一流技术的设备,另外出于技术保密方面的考虑,要想引进国外技术的难度也不小。此外由于行业的特殊性从事工业雷管的专业技术人才十分匮乏,这也是造成民爆行业整体技术水平难以大幅度迈进的一个重要原因。3工业雷管转模瓶颈解决方案近些年国家对民爆行业发展从技术水平和安全生产管理水平要求更加规范和严格,在工业雷管方面,鼓励向高精度、高可靠性、高安全性、智能型、环保型方向发展。根据第二节中工业雷管生产技术瓶颈的分析,提出一种解决工业雷管中基础雷管排列密集、装填与装配无法衔接的方法,用于实现工业雷管的全自动化生产,具体方法如图1所示。装有五十发基础雷管的基础模经装填自动化装填后,进入转模机构1,转模机构1按规律的提取出其中的十发基础雷管,经转换成有适合大规模集成化生产的相同卡腰、卡口模块,同时依次类推转模机构2、转模机构3依次提取出所对应的工业基础雷管转换成到标准统一的模具中,这样化整为零,间隔开足够的物理位置,有利于进行工业雷管装配工艺自动化,可逐步替换掉手工操作的传统作业方式。工业雷管的转模关系到整个工业雷管自动化生产的衔接问题,也是制约其发展的瓶颈性问题,提供的转模方法是为了进一步研发出更为可靠的工业雷管全自动化生产线,实现民爆行业的跨越式发展。图1工业雷管的转模自动化设备工作原理简图4结语目前民爆行业开展了新技术、新工艺、新材料、新设备等的研发,充分利用信息化技术改造民爆行业传统的生产方式和管理模式,迅速提升生产线生产效率和自动化水平,大幅降低危险工位的人员数量,取得了良好的效果。本文通过对工业雷管生产技术现状的分析,寻找出制约工业雷管生产自动化程度的瓶颈问题,通过分析比较,提出解决工业雷管无法衔接等瓶颈问题的方法,为后续实现工业雷管装填和装配线的全自动化衔接打了坚实的基础。参考文献1叶迎华火工品技术M北京北京理工大学出版社,20072工信部和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见工信部安2010227号S20103吴善泽工业电雷管卡口装配工位人机隔离方案研究J机械研究与应用,2015281361384严龙,李红军,王东风,等气缸位置分布对管壳体卡痕的影响J机械研究与应用,2013,127583855SHANZEWU,HONGJUNLIASSEMBLYPRODUCTIONSTATUSANDDEVELOPMENTTRENDOFINDUSTRIALE