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太阳能电动车动力传动系参数匹配的基础研究


第29卷第8期
2008年8月

太阳能学报
ACrA

V01.29.No.8

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SOI.AR母S咖(A

Aug.,瑚8

太阳能电动车动力传动系参数匹配的基础研究
史文库1,吕冬慧2,梁天也1
(

1.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春130022;

2.天津内燃机研究所,天津300眈)
摘要:总结并分析了太阳能电动车动力传动系布置方案.给出了动力传动系参数的匹配方法,并对相关参数的 选择进行了分析.同时根据车辆功率跟随策略制定了动力传动系的控制策略,绘制了控制流程图.模拟实车试制 了太阳能电动小车,根据试验测试结果,证明了理论研究的正确性,同时说明太阳能作为汽车能源是可行的. 关键词:太阳能电动车;匹配;控制 中图分类号:U469.72.1 文献标识码:A

0




图l传统驱动方式结构简图
Fig.1

太阳能电动车的能源来自于太阳,并且真正实 现了"零污染"n】.具有优点如下: 1)节能:能源来自于取之不尽,用之不竭的太阳
能,减速和刹车时的制动能可以回收利用.机械系 7n地咖Jctum血I卵唧0f仃aditioIlal商villg咖de

统较少,利用导线传递能量,能源利用效率高; 2)环保:太阳能电动车消耗电能,无尾气排放, 运行时无发动机噪声,机械系统噪声很小; 3)良好的控制性能:太阳能电动车传动系统以 电子元件为主要部件,易于实现运动,舒适性控制及 故障诊断[2].

№.2‰啦咖e血咿帅0f de枷Ilg cki,吨瑚de
3)独立驱动方式 这种驱动方式动力传动系元件最少,结构最简 单,噪声最低,车重最轻,可控性好,但造价高,控制 成为关键问题.如图3.

图2减速驱动方式结构简图

1动力传动系结构及工作原理
1.1动力传动系布置方案分析

太阳能电动车因具所选择的元件不同,布置方 案也有所不同.目前研制的太阳能电动车布置方案
有3大类:

1)传统型驱动方式 这种布置方式容易实现,操作和控制简单.但
能量损耗较高,噪声较大,整车质量较重,行驶速度

较低,续驶里程较短.其传动方案结构如图1.
2)减速驱动方式 这种方式便于布置,较易驱动,质量轻,噪声小.

№.3

1he咖舳d姆锄0f州咣曲i119Ⅱ础
图3独立驱动方式结构简图

1.2工作原理

如图4,阳光照射电池阵列1时,产生光生电流. 能量(电流)通过峰值功率跟踪器2被直接传送到电 机控制器4中,驱动电机5旋转,使车辆行驶.剩余

但控制相对复杂,并有一定的能量损耗.如图2.

收稿日期:2lD07也拐

通讯作者:史文库(1960一),男,博士,教授,主要从事汽车系统动力学与控制,太阳能汽车方面的研究.slIiwk@J1u.曲.血













29卷

电量由蓄电池储存起来,以便太阳电池板电量不足 或阴雨天气时驱动电机.这一过程由控制器控制. 车辆的启动,加速,转向,制动由驾驶员操纵'3|.

矩需要较大的电流和电子设备,但大的p值是车辆 起步和加速及稳定运行所必要的,所以』9的选择需 要综合考虑[6].选取p值后则电动机的最高转速如 (4)式:

,I~=厅.×p
(5)式,(6)式:

(4)

根据车辆在平直路面上匀速行驶时所需功率如

耻(Ff+R)×n=赤(耐+舞)u
(5)
P.=P.|Nm

(6)

式中,P.——太阳电池板输出的额定功率,kW; P.——电动机额定功率,kw;Ⅳ.——使用电机个
图4太阳能电动车工作原理

心.4

0p蒯呜p血c删of∞lar ekchic

数.
car

相应地最大功率取值为:

2动力系统参数选择和参数分析
2.1电池板的额定功率

P~=A×P.

(7)

式中,A——电动机过载系数,其要根据车辆实际工
作情况及电机的发热情况来选择,过大会影响电机 的使用寿命,过小发挥不出电机的最大能力.

太阳能电动车在路面上行驶时,通常要受到空
气阻力,滚动阻力,重力,轴承摩擦力等.如需要加 速或爬坡时,还要受到加速阻力或坡道阻力等[4】.

耻赤(蟛+篾)L
式中,P,——太阳电池板的额定功率,l【W.

(1)

功率是车速三次方的函数,增加很小的车速,就
需要很大的功率,也就需要增加太阳电池板的面积 和车重量,所以根据实际情况,并综合太阳电池板的 面积和功率对平均车速进行选择. 2.2电机的额定转速和最高转速 电机的参数选择包括额定转速,最高转速,额定 功率,最高功率[5 J. 当车辆行驶时,车辆的速度和电机的转速的关 系如(2)式:
图5电机额定转矩和最高转速之间的关系图
Fig.5

Rel撕on血I彤瞄0f llighest

raled呻a|ld
0fIl衄盯

ro【幽n

rate

2.3蓄电池容量的选择

y:o.377卫2

蓄电池的放电特性简图如图6. (2)

因而可以得到平均车速下的电机额定转速凡.:
儿n

2矿丽
K×i

,^,

【j,

电动机最高转速与额定转速的比值,称为电动 机扩大恒功率区系数卢.如图5所示,卢值的选择对 整车性能有很重要的影响,从图中可以看出,具有最

大卢值的低速电动机具有更高的额定转距,但相应
的对电动机的支撑就提出更高的要求.同时,高转
ng.6

图6蓄电池放电特性 DiscIlarging
cIlamcter 0f banery



8期

史文库等:太阳能电动车动力传动系参数匹配的基础研究

充放电特性通常可由(8)式表示:
Eb瞳=Ubt+Rb柏×,bt

降,V. (8)

串联片数Ⅳ.的确定:

蓄电池放电功率如(9)式:
PM=Ub_×,k=(Eb日t—Rk×Jh)×,bI 蓄电池的放电效率如(10)式:

(9)Ⅳ.=鼍=鼍≯=型垫产必
(15)

仙2瓦习:2瓦 舻等宅=瓷
式:

五,

式中,"——太阳电池单体的输出电压(单体指的是 单体电池或太阳电池组件),V.
前面我们得到了太阳电池板的额定功率也就确 定了总片数,从而就可以得到并联片数.

oⅢ'

由(9)式可得,蓄电池的最大输出功率如(11)

Ph=甍
内.

^r

…)

Ⅳ,=鲁
''5

(16)

根据蓄电池电压,电流,功率的关系(如图7)可 看出通常要求电池的工作电压在2/3—1倍的范围

由于太阳电池板受到诸多因素的影响,所以,在 确定并联的电池板时,必须乘以一个修正系数:
i

以=Ⅳp×Ⅱ口t
f

(17)

式中,孵——太阳电池板的实际并联片数;Ⅱ吒——
S


C

太阳电池板输出的各项影响因素的修正系数的乘积,

直口卜口.×口.×口,×口.×口,×口+×口k,其中a.一
太阳光辐射量修正系数;口.——温度修正系数; 口.——蓄电池充电修正系数;a.——电路损失修正
图7蓄电池放电特性曲线
Fig.7

Curv鹤0f di日charging

c}l艄cter

系数;a,——反射损失修正系数;口.——纬度修正系
0f

ba曲唧

因此在实际工作中蓄电池的最大输出功率应限
制在:

数;口.——盖片透明度降低修正系数. 实际输出功率:
P=p×Ⅸ7=p×Ⅳ.×^0 (18)

Ph=袭
求,选择串联的电池片数为:
nh

(12)

式中,p——单片太阳电池板的额定输出功率,kW. 得到实际输出功率后,可以得到太阳电池板的 最大功率,同时可根据汽车理论的相关公式进一步
验算设计车辆的平均车速,最高车速,加速能力和最 大爬坡能力.同时可以校验预选的电机,蓄电池的

电池组容量的选择应满足电机输出最大功率要

2瓦专嘉瓦

(13)

式中,叩.——电机的工作效率;叩.——电机控制器 的工作效率.
2.4太阳电池板容量的确定

参数,以做适当调整[7'8].

3动力传动系控制系统设计
3.1根据功率跟随策略制定的太阳能电动车控制 策略 如图8:

太阳电池板的连接分为串联,并联和混联. 串联片数主要由浮充电压睇决定.浮充电压 ¨对取得稳定充电电流起主要作用.可用方程
(14)表示: Ⅱ=K+K+耽 (14)

1)若太阳电池板所提供的功率P.高于车辆所 需功率P.(即P.>P.),则采用太阳电池板所获得
的能量驱动电动机,与此同时,检测蓄电池电量SDC

式中,K——蓄电池的浮充电压,随不同类型的蓄电 池而变化,v;K——因温度升高而引起的太阳电池 板的电压降,V;n——因线路损失而引起的电压

值,若舳c<舳ct叩(舳ct叩,蓄电池电量状态最大 值,即为允许充电深度达到最大时的舳c值),太阳
电池板驱动电机的剩余电量将给蓄电池充电;













29卷

2)如果此时电池板所获得的功率P.<P.,同时

加速踏板信号

检测到的蓄电池soC>舳Ch(sDCh,蓄电池电量

状态最小值,即为允许放电深度达到最小时的舳C
值),则此种情况下,蓄电池和太阳电池板共同驱动 电动机; 3)太阳能电动车停车时,控制系统自动监测蓄

电池电量,当舳c<舳c.时,太阳电池板给蓄电池
充电; 4)在阴雨天或夜间行驶时,太阳电池板不能提

图9驱动系统框图
Fig.9

Driyillg systeIn也唧哪

供能量,若蓄电池sDc>舳ch,仅蓄电池给电动机
供电; 5)太阳能电动车制动时,检测蓄电池电量状态,

制动踏板信号

当册C<SDc咖,电动机转变为发电机,给蓄电池充
电,实现制动能回收[9].
图10制动系统框图 Fig.10

Br出ng咖血印珊

4实



通过对太阳能电动小车的试制和实验,模拟太 阳能电动车的工作情况,实现太阳电池板,蓄电池, 电机,这一能量系统的工作模式,比较小车在未安装 太阳电池板和安装后的速度,评价其优劣.为太阳

能电动车实车的进一步开发提供依据.图11和图
12为试验样车.

图8太阳能电动车能量系统控制框图

魄.8 C'm州dia铲锄of

e嘲s)r咖m 0f出elec击c

c盯

图1l试验小车接线图
Fig.1l

3.2太阳能电动车动力传动系驱动,制动框图 如图9和图10,由传感器获得的加速踏板,制动 踏板的信号代表车辆行驶时对功率的要求.整车控 制系统接收加速踏板或制动踏板的信号后,对它们 进行处理,得到整车当前行驶所需功率.同时,接收 峰值功率跟踪器提供的太阳电池板的功率,并且计

WirirIg dia卵am 0ftri8l c缸

算蓄电池的∞c值,经过比较,进行工作模式决策,
输出控制指令信号给电机的控制器或制动器的控制 器,来控制相应部件的运行[10|.
图12试验小车

心.12 1削咖



8期

史文库等:太阳能电动车动力传动系参数匹配的基础研究
2.O

963

未安装太阳电池板前,小车实验,测试路面 lom,采样时间为30IIlin,采样频率为每分钟一次,测
得小车运行时间如图13,电池放电时间和小车速度 之间的关系如图14.安装太阳电池板的小车10m




,制1.O
0 5 10 15 20 25 30

运行时间如图15,电池放电时间与小车速度的关系
如图16.
25

采样时间‖min 图16太阳能小车lOm运行速度
Fig.16 10

rIx艴玛商villg speed of仃iaI

c缸

20
\

通过图中数据分析可以看出未安装电池板的电

暑15
都 靶10 *
,'

动小车,随着蓄电池放电,小车速度逐渐下降,30-血
内小车速度趋于零.而安装太阳电池板后,小车在 运行过程中,蓄电池放电的同时,太阳电池板给蓄电 池不断充电,小车速度趋于平缓,30IIlin内小车速度

5

下降不大.由于安装电池板和控制器等器件,增加
0 0 5 10 15 20 25 30

采样时间z/min

了小车的负载,致使小车的初始车速比未安装电池 板之前有所降低.

图13小车10m运行时间

心.13

10鹏嘲dri衄缸0ftoy叫

5结



设计研制的太阳能电动小车,通过对小车的实 验结果分析,证明了理论研究的正确性.实验结果
表明,太阳电池板为小车提供能量,使小车的运行速



{ X
魁 {l|f! 誊 姑 针 ÷

度平稳,增加小车的续驶里程,达到本文研究的目 的,证明了太阳能作为小车能源是可行的.提出的
太阳能电动车动力系统的设计匹配方法,太阳能电 动车的工作模式和功率跟随控制策略,为整车系统

的进一步开发作准备.对太阳能电动车的进一步开 发有重要的指导意义.同时为减少尾气污染,开发
图14小车10m运行速度

利用清洁可再生能源提供方案.

№.14

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[1]HaIdiIlg 蛔皿al
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[参考文献] G.日e商c v出cles
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tlle

n嘣Ⅱ皿eIllli皿[J].

Pow盯SOIJrce8,1999,78:193一198.

[2]胡骅,宋慧.电动汽车[M].北京:人民交通出版 社.2008. [3]马海军,蒋祖华,朱训生.太阳能车[J].太阳能,2004,

3:弘30.
pL咖and

[4]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,20舵. 图15太阳能小车10m运行时间

[5]Yo呻Taey∞g.C叩四0f
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心.15

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Di盼胞d∞,UIli啪畸0f cal. 渤r血,Be出唧,2001,31:15卜163.
D

[6]何洪文.混合动力汽车动力传动系参数匹配[D].吉林 大学汽车工程学院,2001. [7]芳荣生,项立成,李亭寒,等.太阳能应用技术[M].北













29卷

京:中国农业出版社,1985. [8] m叮llmdM,Ⅺla曲T.EIH玎pa聊I毗嘲0fsolar c盯for虹

veIlicl鹤[J].

Im哪日d咖l

Joumal

0f

H"hogen

D赡rgy,

200B.28:2l卜-222. [10]
ShimizII

[9]

剐J].EIle田C咖哪,1996,37:1晒一1702. k S,J嗍K S.AIl叩妇r吐al咖dy 0f嘲一
H S,0h B

Y,K呻幽Y,跏M,d a1.蛐c缸cⅢi她

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its呻】pc柑Ilg咖[J].JsAE

Review,1998,

叻ujTlg strate;gi鹤aIld商ve细嘴for hydmgen

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太阳能电动车动力传动系参数匹配的基础研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 史文库, 吕冬慧, 梁天也, Shi Wenku, Lv Donghui, Liang Tianye 史文库,梁天也,Shi Wenku,Liang Tianye(吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春 ,130022), 吕冬慧,Lv Donghui(天津内燃机研究所,天津,300072) 太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA 2008,29(8) 0次

参考文献(10条) 1.Harding G G Electric vehicles in the next millennium 1999 2.胡骅.宋慧 电动汽车 2003 3.马海军.蒋祖华.朱训生 太阳能车[期刊论文]-太阳能 2004(03) 4.余志生 汽车理论 2002 5.Yoon Taeyong Control of pemmnent magnet magnetization patern and analysis on eleeuic and dynamic characterislics of brushless DC motors 2001 6.何洪文 混合动力汽车动力传动系参数匹配[学位论文] 2001 7.芳荣生.项立成.李亭寒 太阳能应用技术 1985 8.Hammad M.Khatib T Energy parameters of solar car for Jordan 1996 9.Lee H S.Jeong K S.Oh B S An experimental study of controlling strategies and drive forces for hydrogen full cell hybridvehicles 2003 10.Shimizu Y.Komatsa Y.Torii M Solar car cruisingstrategy and its supporting system 1998

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该文通过试验和理论分析建立了整车模型,利用仿真方法优化系统参数区配,并进行了光伏系统能量管理系统的关键部件——峰值功率跟踪器的设计 与实现.论文首先建立了车用太阳能电池阵列的输出特性模型,铅酸蓄电池的恒流放电量模型和电压模型,以及直流永磁无刷电机的效率模型.建立这三个 模型时采用了相似的方法,均为先进行理论分析和模型构造,然后利用试验数据进行模型参数识别,最后再通过试验对模型的适用性加以验证.在建立太阳 能电池阵列模型时,采用了归一化方法;在建立铅酸蓄电池模型时,对原有的电压模型的表达略加修改,使之更精确地反映蓄电池放电过程中的电压变化;在 建立直流永磁无刷电机效率模型时,以他励有刷直流电机的效率模型为基础进行了改造,并采用了等输入功率图法优化传动比以提高电机实际工作点的效 率.论文随后将三个子模型与模型与整车动力学参数结合在一起,集合成整车模型.利用整车模型编制应用软件实现了太阳能车性能仿真系统.软件是利用 微软公司的Visual Basic 5.0开发的.利用该系统可以模拟整车过程中的行驶性能和各部件工作状况,可以分析原形车在能量转化传递和使用方面的问 题,还可以对不同的改进方案进行评价.论文在仿真分析的基础上,提出了能量管理系统的整体设计方案,并探讨了光伏系统匹配的关键部件——阵列峰值 功率跟踪器的设计与实现.峰值功率跟踪器利用8098单片机进行控制,主电路采用降压型直流斩波器的拓扑结构.

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