电液混合动力系统关键技术及能量管理研究综述

现有混合动力驱动技术以油电、油液混合动力为主,旨在提高传统燃油车辆的能量利用率、降低油耗和排放.基于液压技术的大功率密度及能量再生优势,电液混合动力系统可在全速工况范围内实现能量高效利用,提高纯电驱系统的功率密度,有效改善电动车辆续驶里程及蓄电池循环使用寿命.本文对电液混合动力系统构型、能量回收技术、能量释放模式及控制策略等相关研究成果的进展、现状及发展趋势进行综述,分析了利用电液混合动力构型与先进能量管理策略提升纯电动车辆动力性能与能量利用率的可行性技术方案与应用前景.根据已有研究成果,装备电液混合动力系统后车辆最大可降低约40%的能量消耗,在能量高效利用方面具有显著优势.对于电液混合动力系统而言,液压能再生、耦合与释放等与行驶场景及电机工况点密切相关,研究重点应解决动力耦合、再生制动与能量管理等关键技术,从而提升动力系统的综合性能特别是功率密度与节能特性.

能量再生型电液混合驱动系统参数特性研究

重型装备回转运动负载惯量大、周期性频繁启停、能耗巨大,制动能一般都以热能形式耗散,能量再生利用一直没有很好的解决方案。提出了一种新型能量再生型电液混合驱动系统并定义了系统3种工作模式,以重型装备中可逆轧机为例,研究了所提系统的特性。以电动机能耗及输出峰值功率作为评价指标,研究关键元件参数对系统驱动特性的影响规律,通过AMESim建立了纯电动驱动与电液混合驱动仿真模型。结果表明:液压泵/马达排量对制动时间、电动机峰值功率及电动机能耗影响最大;最优参数下,所提电液混合驱动系统较原电动机驱动可降低电动机峰值功率45.75%,能耗可降低48.33%,启动时间缩短44.54%,制动时间缩短1.21%。

电液混合驱动大惯量回转系统特性与能效分析

为了解决大惯量回转系统频繁启动和制动作业导致节流损失大和制动动能浪费严重的问题,提出一种电气和液压混合驱动大惯量回转系统。系统采用永磁同步电机作为主动力源,控制回转系统运动;由蓄能器提供动力的液压马达作为辅助动力源,为电机启动加速提供扭矩补偿,蓄能器高效回收制动动能再利用。建立多学科联合仿真系统模型,基于主辅动力源合理供给原则,设计全周期工况识别速度控制策略,搭建电液混合驱动回转试验平台,对回转系统的特性和能效进行分析。研究结果表明,电液混合驱动大惯量回转系统,随着转速和转动惯量的变化,回转制动动能回收效率为40.5%~65.9%。相同工况下,与纯电机驱动系统相比,电液混合驱动系统启动加速时间减小1.2 s,制动动能回收效率为63.5%,降低系统能耗40.8%,使回转系统更加平稳地运行。

一种AGV小车电液混合动力系统的设计

目前AGV小车多采用蓄电池供电,根据规划路径实现自动行走。针对AGV小车加速时电能消耗过大和续航里程难以满足日常生产需求等问题,本文设计了一种新型电液混合动力系统,用来降低加速时的电功率消耗并有效回收制动能量,从而延长蓄电池的续航时间。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件建立了电液混合动力系统的动力学和控制模型,对AGV小车在循环工况下的动力特性和能耗进行联合仿真。仿真结果表明,在液压动力的混合驱动下,新型电液混合动力系统不仅具有较好的动力性能,而且相比纯电动系统的能耗有所降低,对小车的续航里程改善有积极意义。

基于变排量液压泵/马达的电液混合驱动曳引电梯节能系统研究

在普通曳引电梯运行过程中,当处于轻载上行和重载下行工况,曳引机处于发电状态,再生能量通过制动电阻消耗掉,不仅造成了能量的浪费,而且还增加了机房的散热负担。为解决上述问题,提出并设计了一种采用变排量液压泵/马达的电液混合驱动曳引电梯节能系统。该系统可将曳引机处于发电状态时产生的能量储存在蓄能器中,当电梯处于电动状态时,蓄能器能量释放,辅助曳引机驱动。研究中,在SimualtionX中建立了考虑蓄能器压力脉动及曳引机负载转矩变化的电-液联合仿真模型,并基于曳引机的运行特性,建立了变量泵/马达的流量动态模型。仿真获取了曳引机的能耗及转矩的特性,并与传统电梯及采用定排量泵/马达节能系统电梯的电机能耗进行比对分析。结果表明,采用变排量液压泵/马达来吸收和释放电梯运行时所产生的能量能够最大限度的达到能量的回收利用,与定排量节能曳引电梯相比,节能效果可达到10%~40%。

电液混合调控式大蒜播种机设计与试验

针对传统大蒜播种装备自动化程度低而导致的播种合格率和作业效率低等问题,设计了一种电液混合调控式大蒜播种机。该机主要由电控播种装置、播深调节装置、参数检测装置和人机交互界面等组成。以单片机为核心控制器,利用速度传感器和旋转编码器,实现了株距与作业速度的匹配;分析开沟入土阻力与入土深度关系,确定了播深调节液压装置关键部件;结合光电传感器和显示屏,完成了作业参数实时显示与播种异常报警功能。以杂交蒜为试验对象,分别进行了播深一致性试验、播量检测试验和播种质量试验,结果显示,播深调节平均误差为4.7%,播深变异系数平均值为5.3%;播量检测平均误差为4.0%;播种合格率为83.7%,漏播率为6.2%,满足大蒜播种农艺要求,且较同种条件下以汽油机为动力源的大蒜播种机漏播率降低3.1个百分点。

电液混合动力客车动力传动系统匹配研究

为解决纯电动汽车存在的冲击电流对蓄电池造成的损害问题,本文以国内某款燃料电池城市客车为研究对象,采用复合储能系统,对电液混合动力客车的动力传动系统进行研究。对整车结构性能参数进行匹配,并对汽车动力驱动系统及动力系统的主要部件进行设计,同时对驱动电机、动力电池和液压动力参数进行匹配。研究结果表明,液压系统和蓄电池系统可以良好的协调配合,增加了混合动力汽车的行驶里程,避免了充放电大电流对动力电池的冲击问题。而且节约了电动汽车的电力消耗,减轻了电池组容量和质量,减小了电动机额定功率和质量,实现零排放,提高了回收效率。该研究为混合动力汽车的发展提供了一种新思路,具有较好的应用前景。

载重车的油电液混合动力系统设计

以载重汽车为研究对象,以车辆的驱动性和燃油经济性为考量指标,结合液压混合动力系统和油电混合动力系统的优缺点,设计一种新型混合动力系统——油电液混合动力系统。阐述该系统的结构及各部件的选择依据,并确定车辆运行的工作模式。在AMESim软件平台上,分别对油电混合动力和液压混合动力的能量回收进行仿真。结果表明:车辆的驱动性和燃油经济性有明显提高,其液压部分相较于传统的液压混合动力汽车节约油耗25.9%,油电部分节约22.2%,总油耗节约24.1%。

电液混合动力轨道车泵源设计与分析

针对现有轨道车低速行驶时存在效率低、排污严重等问题,提出了一种新型的电力轨道车电液混合驱动系统,用静液压传动所具备的无级调速代替电机变频调速,以提高系统传动效率。根据轨道车技术参数和典型行驶工况,计算出驱动系统中泵源的当量总排量,结合现有成熟产品,设计了几种可行的泵源组成方案。基于轴向柱塞变量泵效率函数,针对轨道车典型行驶工况,利用AMESim软件进行仿真对比分析,得到了电液混合驱动系统泵源的最优方案,为提高轨道车行驶特别是低速行驶时的效率奠定了基础。

客车电液混合驱动冷却系统试验台的设计

考虑到客车传统冷却系统功率损失大、效率低等不足,设计了一种电液混合驱动的冷却系统,该系统可以更快速、有效地实现散热的目的。详细分析了冷却系统的结构原理、控制方式及冷却系统的匹配,搭建了电液混合驱动冷却系统试验台,对未来客车冷却系统的设计研究具有一定参考价值。

发动机电液混合驱动冷却系统模糊控制器的仿真分析

为了达到较准确地控制冷却液温度的目的,采用模糊控制方式对发动机冷却系统进行控制。分析了发动机电液混合驱动冷却系统的工作过程,对系统主要参数进行了匹配,提出了发动机冷却液温度的模糊控制方法,实现了稍微改进发动机冷却系统,解决了发动机的冷却液温度难于准确控制的问题。

基于静液压传动的蓄电池轨道车电液混合加速策略

为了解决蓄电池轨道车瞬时加速大扭矩引起的大电流冲击对蓄电池寿命和整车续航里程的不利影响,基于传统的静液压传动系统设计了一套新型的电液混合动力系统。首先,建立了电液混合动力系统的功率流数学模型,并根据轨道车的行驶特点对电液混合动力系统的工作模式进行划分;其次,基于加速工况仿真了不同电液功率分配比下的动力耦合特性,并指出研究轨道车能量管理策略的必要性;最后,理论分析了电液混合动力系统中影响蓄电池放电电流强度的因素,并据此制定了最小放电电流冲击的加速策略。运用AMESim-Simulink联合仿真平台对加速策略的可行性进行分析,仿真结果表明所设计的控制策略对轨道车加速时蓄电池的放电电流冲击有良好的抑制作用,且控制简单,实用性强。

电液混合驱动机械臂故障检测技术研究

电液混合驱动机械臂是一个多节点耦合的机械自动化装置,针对电液混合驱动系统故障导致机械臂工作不稳定的问题,在机械臂系统结构和动力学模型基础上,设计状态观测器分别观测电驱动和液压驱动系统的动作状态,利用主从式故障检测拓扑结构来检测电液混合驱动系统的故障,在搭建的电液混合驱动机械臂故障检测实验台架通过故障阈值标定技术验证采用的故障检测技术的可行性,实验结果表明所设计的故障检测技术能够快速准确的检测出机械臂工作阶段的故障。

电液混合伺服注射系统MATLAB建模分析

针对电液混合式注塑机提出了一套伺服控制机构和相应的控制策略,并对整个系统进行了MATLAB仿真和试验验证。该控制系统选用交流永磁同步电动机,采用id=0的矢量控制模式,对压力和流量采用模糊控制策略。结果表明:id=0矢量控制的永磁同步电动机伺服系统具有良好的伺服性能;模糊控制策略能够实现整个系统的保压压力稳定跟随设定压力曲线。

基于AMESim的新型油电液混合动力系统的仿真分析

针对载重汽车燃油消耗量大、启动力矩不足和启动速度慢等缺点,对油电液混合动力系统的节能原理和工作方式等方面进行了研究,提出了将油电液混合动力技术应用到载重汽车上,基于逻辑门限控制策略改变汽车的驱动方式,并根据车辆动力学原理,在AMESim平台上建立了其仿真模型,结合实际情况对系统参数进行了设置。仿真结果表明,油电液三元混合动力系统在车辆的驱动性和燃油经济性方面有显著提高,相比于传统车辆节约油耗约为27.9%。该仿真结果对于以后油电液混合动力汽车的节能研究具有一定的参考价值。

电液混合全冗余并联机构驱动优化

基于冗余并联机构主动输入约束螺旋线性相关性的分析,以Stewart平台机构为原型,构造12-UPS全冗余驱动并联机构。通过比较电动驱动和液压驱动的不同,确定机构适宜采用电动液压混合驱动形式。应用影响系数法建立该机构的动力学模型。为区分处理电动缸和液压缸,以零内力为约束条件对驱动力进行优化。分别以驱动力平方和最小和驱动功率平方和最小为目标,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程。数值算例表明:零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳。该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的全冗余并联机构。

浅析电液混合助力转向系统在轻卡车上的应用与技术弊端

文章通过对搭载在国内某款轻型卡车上使用的一种新型电液混合助力转向系统进行技术研究,介绍了一种适用于在轻型商用卡车上使用的电液混合助力转向系统。该转向系统能够根据整车的不同车速为驾驶员提供不同大小的转向辅助力矩;从而能够实现车辆在低速时驾驶员转向手力轻盈,在高速时驾驶员转向手力沉稳。但该转向系统应用于非独立悬挂类的轻型商用卡车上会存在使车辆主动跑偏的技术弊端,这对于探究未来转向技术的新发展具有深远的意义。

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。

电液混合式冲压空气涡轮系统性能试验台设计

为验证电液混合式冲压空气涡轮（以下简称RAT）系统风洞气动性能，提出一种RAT系统性能试验台设计方案。该试验台由操作控制台、自增压油箱、RAT作动筒油源、液压负载、电负载、电源、测控系统及软件等部分组成，其中自增压油箱模拟飞机油箱为RAT液压泵供油，液压负载模拟飞机正弦交变、阶跃液压负载，电负载模拟飞机电负载，通过调节油液负载、电负载对RAT系统进行性能测试，RAT系统性能参数通过计算机进行实时采集、显示及存储，并可根据需要在操控台上进行动态显示和回显。经RAT系统风洞性能试验验证，该试验台完全满足RAT系统性能试验要求。

多自由度电液混合运动模拟器动力学分析

为了研究运动模拟器,采用牛顿和罗伯逊-维滕伯格方法建立了多自由度电液混合运动模拟器动力学方程,建模中把运动模拟器结构中的闭链结构看做自由铰约束,使建模过程得以简化,解决了罗伯逊-维滕伯格方法对移动铰、特别是球铰不易应用的难题.该动力学方程与拉格朗日方法相比,具有计算简便、省时的特点,便于运动模拟器的实际动力控制.动力仿真结果与模拟器实际运动相符合,证明动力学方程建模的正确性.