电动轮自卸车能量回馈系统的设计与储能容量配置

发布时间：2020-07-04 08:49

【摘要】：矿用电动轮自卸车是一种广泛用于运输稀土矿石的特殊工程车辆。其运输距离短,且道路环境恶劣,启动制动频繁。传统的电动轮自卸车采用机械制动,制动能量以热能的形式被消耗。这造成了制动能量的不必要浪费,从而增加了自卸车油耗和温室气体的排放。因此对于回收电动轮自卸车制动能量的研究,具有十分重要的意义。车载式能量回馈系统目前被广泛应用于乘用车中,起到了很好的节能减排效果。因此本文借鉴该技术应用于电动轮自卸车上,设计了基于超级电容储能的能量回馈系统,用于回收自卸车的制动能量,同时提供辅助动力。车载式能量回馈系统的应用,将使得自卸车整车驱动储系统的能量流动变得更为复杂。同时考虑到储能装置超级电容价格昂贵,且大型矿用电动轮自卸车需配置容量较大。因此在满足电动轮自卸车运行需求约束下,对系统控制方法的优化以及储能装置容量的合理配置十分有必要。首先,根据电动轮自卸车的运行特点以及超级电容的充放电特性,设计了能量回馈系统中双向DC/DC变换器的主电路结构;并分析了电动轮自卸车在不同工作模式下,DC/DC变换器的工作原理以及系统中电路参数的变化情况,该研究为能量回馈系统的控制奠定了基础。其次,分析了自卸车的工作原理以及各动力源的能量传输关系,建立了其驱动储能系统的数学模型。在此基础上,综合考虑了经济性、能量回收效果以及系统尺寸和重量,构造了以超级电容组的最高工作电压、并联组数为变量的多目标函数。并以超级电容充放电特性和自卸车启制动整个过程的动力性能指标作为约束条件。在约束条件下,提出了一种改进的遗传算法,对多目标函数进行运算得出全局最优参数,对比了优化前后系统的各项性能指标。结果表明本文所提出的方法优化了系统重量和尺寸,也提高了能量回馈系统的性价比。最后,以能量回馈系统工作在充电模式为例,建立了双向交错式并联DC/DC在Buck状态下的等效模型。同时将DC/DC变换器的各电路参数在一个开关周期内进行了线性化处理,建立了电路小信号模型,进而推导出其传递函数,并且通过PI控制器校正系统动态性能,设计了双闭环控制器。为验证本文中提出方法的可行性和有效性,建立了MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明能量回馈系统提高了电动轮自卸车的制动性能和驱动性能,并且能有效的回收制动能量,提高自卸车运行的经济性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD634
【图文】：

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工况越来越复杂，对自卸车的性能要求逐步提高足实际需求。1959 年由尤尼特-瑞格公司将传统自卸式开启了自卸车电传动时代。从此机械传动中变速器被取代，这大大增加了自卸车的可控性同时简化了整通用电气公司成功研发出电动轮这一装置并且将其运械传动的自卸车，电传动自卸车拥有动力性能优异、拆装维修方便、制动灵敏等优点。美国通用电气公出交流驱动系统技术，并于不久用于矿用电动轮自卸驱动时代。随着时间的推移，大量的新材料的发掘以轮自卸车的性能不断提高。经过半个世纪的发展，其新技术、新材料和工艺的采用，性能也得到了极大的优秀的有独立生产电动轮自卸车能力的企业，比如：美国的以德莱赛公司，法国的特雷克斯公司等。电动提高，市场上 108t、120t、154t、170t、220t、280自卸车种类也日趋丰富。

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司与湖南大学、中南大学、美国通用电气等公司避短，从过去完全自己开发，转向系统集成。再划，将核心结构部件国产化。2009 年 3 月 0 吨电动轮自卸车，正式通过用户鉴定，两台车靠性、安全性和大运量等特点，最令用户感兴车架和后桥的创新设计，让自卸车自重大大减轻成本。这让用户在特雷克斯、小松、卡特彼勒等12 年，徐工集团填补了国内 300t 以上载重的矿制出 XDE400 自卸车，载重可以达到 400t，并发的 XCMG 交流驱动系统[ 8 ]。相比较于国外顶心交流驱动技术以及配套体系上面仍有不小的差限公司和徐工集团外，还有像三一重装、北京首发生产矿用电动轮自卸车的能力。下图 1.2 为吨电动轮自卸车。

【参考文献】