纯电动矿车能量管理及节能技术研究

发布时间：2020-10-22 08:44

　　 面对日益严重的能源和环境问题,传统的燃油汽车因能耗高、污染严重正受到日益严峻的挑战。相比传统燃油汽车,纯电动汽车具有效率高、零排放等优点,在节能和环保方面有着不可比拟的优势。纯电动矿用自卸车(以下简称纯电动矿车)采用蓄电池作为能源装置,基本能够满足车辆续驶里程要求。但是,蓄电池相比燃油能量密度低得多,因此,纯电动矿车不能够像燃油汽车那样“挥霍”能源。此外,纯电动矿车作业时的高比功率和高比能量需求会对蓄电池带来较大的冲击,使其效率降低,寿命缩短。在能源系统加入超级电容组成蓄电池-超级电容复合能源,发挥不同能源优势,不仅能够同时满足纯电动矿车对比能量和比功率需求,降低对蓄电池冲击,延长蓄电池寿命,还能够提高车载能源系统效率,增加纯电动矿车续驶里程;再生制动技术是纯电动矿车区别传统矿车的重要特点,它能够回收车辆动能,提高车载能源利用效率,延长车辆续驶里程。可见,为实现对纯电动矿车有限能量的充分利用,提高能源利用效率,延长蓄电池寿命,对其能量管理及节能技术进行研究具有十分重要的意义。本文选择纯电动矿车复合能源系统及纯电动矿车再生能量回收存储控制两个方面对其能量管理和节能技术进行研究,具体研究内容有:首先介绍课题研究背景,回顾纯电动汽车及矿用自卸车发展历史以及国内外发展现状,总结纯电动汽车关键技术,分析能量管理及节能技术对发展纯电动矿车的重要意义,研究现状和存在的不足。采用MATLAB/Simulink和ADVISOR 2002车辆仿真软件作为研究工具。对ADVISOR 2002顶层文件进行修改,建立纯电动矿车仿真模型;对ADVISOR 2002进行二次开发,实现其复合能源仿真功能;基于MATLAB/Simulink平台制定多种再生制动控制策略并嵌入ADVISOR 2002中,对其功能进行扩展。对纯电动矿车基本结构和工作原理进行分析,建立纯电动矿车动力学模型;对复合能源系统进行研究,建立蓄电池和超级电容模型,给出DC/DC功率变换器结构,对其工作原理和特点进行分析;根据国内某矿山道路采集的行驶工况数据,建立纯电动矿车行驶工况模型。为评估复合能源对延长LiFePO4蓄电池使用寿命的影响,在现有小容量LiFePO4蓄电池固定放电倍率循环寿命模型基础上,根据大容量LiFePO4蓄电池固定放电倍率实验数据建立其固定放电倍率循环寿命预测模型,并给出其行驶工况下循环寿命预测模型。针对单一能源装置的不足,采用磷酸铁锂(LiFeP04)蓄电池-超级电容复合能源,给出复合能源拓扑结构,建立纯电动矿车复合能源模型;对复合能源系统的质量比和混合比进行匹配;提出了基于规则的复合能源控制策略和策略参数的多目标优化方法。仿真结果表明:复合能源能够提高车载能源效率,延长蓄电池使用寿命,提升纯电动矿车的经济性能和动力性能。分析再生制动系统结构和原理,建立车辆可提供再生制动力模型;建立车辆坡道制动力学模型;提出再生制动优先控制策略并依此建立多种再生制动策略。通过对不同制动策略进行仿真研究可知:对所研究的纯电动矿车,在行驶工况下,采用前轮进行再生制动能够回收更多的再生制动能量;再生制动技术能够降低纯电动矿车的能耗,提高整车经济性能。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

相比公路用汽车，矿用自卸车工作环境恶劣，行驶工况条件较差，如图??１－２所示，一般有６％－１０％的坡道，对车辆满载爬坡能力要求较高。??■■■■■■■??．?？??图１－２露天开采现场??现有矿用自卸车动力传动方式主要有机械传动和电力机械传动（电动轮）??

ｔａｍ＾ｍ??ｂ）?５５吨铰接式矿用自卸车??图１－１矿用自卸车??相比公路用汽车，矿用自卸车工作环境恶劣，行驶工况条件较差，如图??１－２所示，一般有６％－１０％的坡道，对车辆满载爬坡能力要求较高。??■■■■■■■??．?？??图１－２露天开采现场??现有矿用自卸车动力传动方式主要有机械传动和电力机械传动（电动轮）??两种。机械传动方式结构复杂，零部件多，故障率高，其设计、生产和维修??成本高难度大，载荷过大时各机械传动部件很容易损坏；相比机械传动技术，??－２－??

环境污染双重问题，直接导致矿山作业环境变差。??分析现有矿用自卸车工作时的传动路线可见其存在能量利用效率低和制??动能量浪费现象：采用机械传动方式的矿用自卸车常用的传动路线如图１－３??所不，传动路线为发动机?液力自动变速器?传动轴?主减速器／差速??器一一半轴一一车轮，能量经柴油发动机将化石燃料的化学能转变为机械能，??经过机械系统驱动车轮转动，一部分能量浪费在液力变矩器和复杂的机械传??动系统中。制动时，能量全部以热量形式消耗掉。??／＾?Ｃ￣￣￣）??发动机液力变速器传动轴?￣?Ｊ??ｊＷ?／?／?」卜半轴????、主减速器／差速器??Ｃ—ＪＪ—ＴＩ?Ｋ?ｃ＾ｄ??、?＾?油箱?￥?—）??图１－３机械传动示意图??采用电力机械传动方式的矿用自卸车如图１－４所示，其传动路线为：发??动机?发电机?整流／逆变器?电动机?减速器?车轮。能量经柴??油发动机将化学能转变为机械能带动发电机，通过发电机将机械能转变为电??能，通过电动机再将电能转变为机械能驱动车轮转动，能量经过多次转变而??使得使用效率降低。制动时
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本文编号：2851369