Delist.ru

Моделирование нестационарных режимов работы аккумуляторной батареи электромобиля (23.10.2009)

Автор: Иоанесян Алексей Вильямович

Основной недостаток метода заключается в том, что коэффициенты подбираются для определенного диапазона разрядных токов и при выходе за этот диапазон погрешность аппроксимации значительно увеличивается.

Одним из наиболее простых и точных способов оценки характеристик АБ при её нагружении изменяющимся во времени током является метод Хокси. В основе метода лежит соотношение Пейкерта, определяющее зависимость максимальной ёмкости батареи (времени разряда) от тока разряда

где I - разрядный ток; tm - время окончания разряда (время отсечки); n, Km - эмпирические постоянные для отдельных типов аккумуляторов (коэффициенты Пейкерта). Основное расчетное соотношение представляет:

где I1, I2 … Iz – значения токов на участках графика разряда I=f(t); t1, t2 ... tz - время разряда соответствующими токами I1, I2 … Iz.

В данной модели график тока I=f(t) представляет кусочно-постоянную функцию, разделенную на z участков. Для рабочего диапазона токов определяются коэффициенты Пейкерта. Для решения уравнения Хокси используется поисковый алгоритм определения tm при условии равенства единице правой части уравнения.

Применяя данный метод к расчёту электромобиля, задав в качестве исходного графика I=f(t) изменение тока батареи в цикле движения, можно рассчитать максимальное количество циклов, которые выполнит электромобиль до полного разряда батареи Nц=tm/tц, где tц – длительность одного цикла.

). Рассматривался ЭМ с АБ OPTIMA YellowTop D 1000 S (на ЭМ устанавливалось 10 последовательно соединённых АБ общей массой 195 кг).

Результаты расчёта движения электромобиля

  Количество циклов tm, ч Iэкв, А L, км

Метод Хокси 13,8 0,31 114 7,5

Метод эквивалентного тока 15,6 0,35 103 8,5

Метод “Fractional Utilization” 16,9

Имитационная модель движения ЭМ 14,6

132 7,9

Проведенное исследование показало согласованность результатов имитационного моделирования и результатов по Хокси. Однако необходимо учитывать, что значительную неточность может внести разбиение исходного графика нагрузки на интервалы с постоянным значением тока или мощности.

. Последовательное соединение: если (=(1+(2+…+(k, т.е. ( является последовательным соединением подсистем (i, то ((()( (((1)+(((2)+... (((k). Соединение с обратной связью (ОС): если присутствует операция ОС ( из подсистемы (2 в подсистему (1, то ((()((((1)+(((2)+(((2((1). Перечисленные свойства сложной системы допускают возможность снижения ее видимой сложности путем объединения отдельных переменных в подсистемы. При такой декомпозиции преследуется цель упростить анализ системы, рассматривая ее как слабо связанную совокупность взаимодействующих подсистем.

. Взаимосвязь моделей динамики ЭМ.

, где qij(((qi). Процесс Z есть четверка: Z=, где S - пространство состояний; T - множество времен изменения состояний; F - фазовая характеристика процесса, определяемая как преобразование состояния во времени F:T(S, (- отношение линейного порядка на T.

. Предполагая, что на отдельных участках ЭМ ведет себя достаточно равномерно, возможна декомпозиция всего процесса на подпроцессы. Подпроцесс есть подмножество процесса Z на интервале времени [ti; tj]. Понятие подпроцесса позволяет рассматривать процесс в виде некоторой последовательности подпроцесов. Для обеспечения корректности описаний функционирования как системы в целом, так и ее компонентов, вводится ряд операций над процессами.

), если Q1(Q.

Введенные операции позволяют создать формализованное описание как отдельных составляющих процессов (профиль дороги, динамическое изменение характеристик движения и др.), так и взаимодействие компонентов всей системы.

Модель движения ЭМ включает компоненты, приведенные ниже.

Модель механической части

При движении ЭМ по участку дороги с сухим ровным асфальтобетонным покрытием без уклона сила сопротивления движению Fc складывается из силы сопротивления качению Fск и силы сопротивления воздуха Fсв:

где f – коэффициент сопротивления качению; m – полная масса электромобиля, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2, Kv – коэффициент сопротивления воздуха, Н?с2/м4; S – поверхность обдува, м2; V – скорость ЭМ, км/ч;

Сила сопротивления движению создаёт на колесе ЭМ момент сопротивления, который с учетом передаточных чисел трансмиссии приводится к валу электродвигателя с учетом КПД трансмиссии.

тр – КПД трансмиссии.

Кроме того модель механической части должна учитывать движение ЭМ по участку дороги с уклоном (подъёмом или спуском) и сопротивление движению обусловленное неровностями дороги. При моделировании движения ЭМ на спусках следует учитывать рекуперацию энергии торможения.

Модель электродвигателя

В качестве тягового электродвигателя ЭМ в работе рассматривался двигатель постоянного тока (ДПТ). При всех известных недостатках этого типа двигателей, ДПТ позволяет регулировать частоту вращения в широких пределах наиболее простыми способами. Кроме того, используя двигатель независимого возбуждения, можно смоделировать множество рабочих характеристик различных типов, изменяя напряжение и задавая любые законы изменения тока возбуждения в функции тока якоря.

Момент на валу электродвигателя определяется на основании:

Полезная мощность Р2 определяется из разности Р2 = Р1 - ??Pп, где Р1 - потребляемая от аккумуляторной батареи мощность; ??Pп - суммарная мощность потерь в электродвигателе.

В имитационной модели электродвигателя суммарная мощность потерь рассчитывается на каждом шаге, на основании конструктивных параметров ДПТ и полученной при испытаниях характеристики холостого хода Е = f(Iв) при постоянной частоте вращения вала электродвигателя.

"ронных двигателей или бесконтактных двигателей на постоянных магнитах, рассмотрение ДПТ остается наиболее удобным и вполне достаточным при решении задач имитационного моделирования ЭМ для получения картины нагружения АБ.

Модель системы управления

Управлять частотой вращения вала электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения можно тремя путями: изменением напряжения на якоре, изменением магнитного потока или изменением сопротивления в цепи якоря. Для моделирования разгона ЭМ использовались первые два способа, сочетание которых принято называть двухзонным регулированием. Для упрощения расчёта ток якоря при разгоне поддерживался постоянным: на первом этапе – за счёт повышения напряжения, на втором – за счёт уменьшения магнитного потока. При достижении определённой скорости движения магнитный поток фиксируется, что обеспечивает через некоторое время выход электромобиля на режим движения с установившейся скоростью.

Регулирование напряжения на двигателе UД может производиться с помощью тиристорного устройства управления методом широтно-импульсного регулирования; при этом скважность ?? изменяется от 0 до 1:

где UБ - напряжение батареи, В; t - длительность импульса напряжения UД, с; T – период повторения импульсов, с.

Модель режимов движения

В работе смоделировано движение электромобиля, как в стандартном испытательном цикле SAE j 227 С, так и в режиме, сформированном на основании экспериментальных графиков движения. Цикл SAE j 227 С является одним из наиболее напряженных. Пробег за цикл составляет 537 м, средняя скорость движения - 25 км/ч, среднее ускорение при разгоне 0,74 м/с2, при торможении - 1,23 м/с2.

загрузка...