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1、第6期(总第199期)机械工程与自动化No.62016年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2016)06-0006-02复合储能式混合动力车辆系统研究﹡王连新1,2,林慕义1,2(1.北京信息科技大学机电工程学院,北京100192;2.北京电动车辆协同创新中心,北京100192)摘要:为解决工程车辆使用过程中产生的环境污染和能源消耗问题,提出了一种新型的复合储能式混合动力系统,并对主要元件进行参数匹配选择。利用MATLAB／Simulink软件建立车辆和液压仿真模型,分析系统
2、节能效果。结果表明,系统具有良好的节能效果,最低节油率达到20%左右。关键词:复合储能;混合动力;制动能量回收;蓄能器;节能中图分类号:U469.7文献标识码:A[3]0引言率还要满足装载机液压系统工作时对功率的需求。工程车辆在能源消耗和环境污染方面的问题不容车辆平均行驶功率P(kW)由下式计算:p忽视,针对此种现状,日立建机、徐工集团等国内外很Frvp(1-δ2)piqi多厂家推出了混合动力工程车辆[1-2]。当前混合动力Pp=1000η+∑1000ηi.(1)技术主要集中在油电混合动力和液压混合动力两方其中:vp为车辆平均行驶速度,km／h;F
3、r为车辆行驶面,但两种混合动力技术都拥有各自的优势和缺陷。阻力,N;η为车辆总传动效率,取0.6~0.75;δ2为车本文针对工程车辆的工作特点,利用这两种混合动力轮滑转率,取0.3~0.35;pi为油泵输出压力,Pa;qi为结构形式的优势,设计了一种新型的复合储能式混合各油泵流量,m3／s;为各油泵效率,取0.75~0.85。ηi动力系统。将相关数据代入式(1)经计算得P。p=49.85kW1复合储能式混合动力系统结构设计方案本文提出的复合储能式混合动力系统结构方案如图1所示,将发动机、电动机、泵／马达二次元件三动力源采用并联式混合动力结构耦合在一
4、起,充分发挥各元件优势,提高发动机燃油经济性,达到节能减排的目的。利用行星齿轮机构和电磁离合器将三动力源结合在一起,实现各种功能的自由切换。发动机通过行星齿轮机构利用电动机平衡功率始终工作在燃油经济区。高压蓄能器通过液压泵／马达二次元件吸收和释放能量,实现车辆制动能回收与再利用。该结构可实现发动机和电动机的两种工作模式:一种是转矩耦合,即发动机输出固定转矩,电动机进行“削谷填峰”补充车辆转矩需求;另一种是转速耦合,即发动机输出固定转速,电动机通过行星齿轮机构弥补系统动力转速不足。并可利用液压蓄能器高功率密度的特点,实现车辆制动能量回收和液压系统工作
5、过程中的能量再利用。2系统主要元件参数匹配1-电磁离合器1;2-电磁离合器2;3-电磁离合器3;4-锁止结构1;本文以ZL50装载机作为研究对象,在满足车辆5-锁止结构2;6-行星齿轮机构;7-电磁离合器4;8-电磁离合器5;行驶和液压工作装置动力需求、同时又能够充分发挥9-电磁离合器6;10-泵／马达二次元件;11-高压蓄能器图1复合储能式混合动力系统结构方案三个动力源协调工作的情况下对其进行参数匹配。电动机的峰值功率Pdf(kW)为:2.1电动机参数计算电动机额定功率Pd既要满足装载机行驶时的平Ppgqgdf=.(2)均功率需求,保证装载机启动
6、和低速行驶,且其峰值功1000ηg其中:p为工作装置泵工作压力,Pa;q为工作装置泵gg﹡国家自然科学基金资助项目(51275053)收稿日期:2016-03-07;修订日期:2016-09-06作者简介:王连新(1990-),男,山东聊城人,在读硕士研究生,研究方向为车辆系统动力学。2016年第6期王连新,等:复合储能式混合动力车辆系统研究·7·流量,m3／s;,取0.75~0.85。ηg为工作装置泵的效率3混合动力系统建模与仿真分析将相关数据代入式(2)经计算得Pdf=90.87kW。利用MathsWork公司的MATLAB／Simulink仿
7、通过计算,电机选用60kW永磁同步电动机,其真工具集成软件,根据车辆各元件数学模型,建立各系[6]峰值功率为120kW。统仿真模型,并根据车辆各系统联接建立整车混合2.2液压泵／马达的选型和匹配动力仿真模型,如图2所示。为满足装载机制动系统需求,泵／马达的选型要求车辆采用“V”形作业工况,包括驶近物料、铲装、是系统在最低工作压力时都能够提供使车辆产生满载后退、满载前进、卸载、空载后退几个阶段工况。2[4]0.75m／s减速度的制动力。泵／马达的转矩TP／M装载机空载整车质量为17500kg,以最大油门开度、(N·m)由下式计算:最高车速6.4km／
8、h工作,初始距离物料12m,路面为Vg·ΔpTZ·ηm滚动阻力系数为0.03的干土路面,进行38s的一个TP／M==.(3
