發(fā)布時間：2020-11-11 16:10

　　 裝載機工作速度快、動作靈活、機動性好、生產(chǎn)效率高,但傳統(tǒng)裝載機以柴油發(fā)動機作為動力源,在當今能源緊缺、環(huán)境惡劣的情況下,研究新能源裝載機具有重要的理論意義,氫能被譽為二十一世紀“終極能源”,研究燃料電池裝載機具有重要的顯示意義。純?nèi)剂想姵匮b載機受電池技術與本身特性限制,無法滿足所有工況要求,本文提出了以燃料電池與輔助電源超級電容聯(lián)合驅(qū)動的復合電源系統(tǒng),設計動力傳動方案,研究智能能量管理策略。論文首先分析現(xiàn)有傳統(tǒng)裝載機工況特征和性能參數(shù)針對燃料電池復合電源輪式裝載機動力系統(tǒng)進行設計,提出并聯(lián)式燃料電池復合電源系統(tǒng)。設計復合電源拓撲結構,并根據(jù)裝載機特性對燃料電池系統(tǒng)、超級電容進行選型及參數(shù)匹配。其次通過MATLAB/Simulink軟件建立燃料電池模型、超級電容模型、電機以及液壓系統(tǒng)模型。針對燃料電池復合電源系統(tǒng)以及裝載機工況特性設計復合電源工作模式�；�于功率分配的小波變化,通過三層haar小波理論對功率進行分層控制,解決了燃料電池輸出功率平緩,響應慢的問題;充分發(fā)揮超級電容“削峰填谷”處理變化劇烈、峰值的功率,提高燃料電池系統(tǒng)工作壽命。設計模糊邏輯控制策略,將處理過的負載功率、超級電容SOC作為輸入,燃料電池功率作為輸出建立Mamdani模糊邏輯控制器,根據(jù)專家經(jīng)驗意見分四種工作模式建立控制規(guī)則,從而使控制器控制功率分配因子對雙能量源進行功率流分配,進一步提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟性。最后使用粒子群優(yōu)化算法來對控制系統(tǒng)進行實時優(yōu)化,通過將問題總結為三個優(yōu)化約束條件,就上述問題對粒子群優(yōu)化算法測試不同的參數(shù)產(chǎn)生的效果,選擇效果最好的一組參數(shù),并對仿真結果進行分析。結果表明所提出的燃料電池復合電源系統(tǒng)的結構可行,且證明了論文使用各種控制策略的有效性和可行性。對比模糊邏輯策略,小波-模糊邏輯策略以及優(yōu)化后的小波-模糊邏輯策略仿真出曲線,小波-模糊邏輯策略相較于模糊邏輯策略,有效降低了燃料電池功率波動情況,燃料電池輸出功率曲線更加平緩且同比下降5%左右,超級電容SOC變化幅度更加劇烈并維持在0.6附近。控制器經(jīng)過優(yōu)化,燃料電池輸出較未優(yōu)化前降低2%左右。
【學位單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：U469.72
【部分圖文】：

中北大學學位論文11緒論面臨著越來越嚴重的環(huán)境污染、溫室效應、資源緊缺等問題，如何使用新型能源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)能源，這是當今社會的聚集點，也是一種必然的趨勢。尤其在工程機械領域，傳統(tǒng)的工程機械設備多以柴油作為主要能源，由于排放大，能量利用率低等因素，對環(huán)境污染嚴重的同時也嚴重造成了不可再生傳統(tǒng)資源的浪費[1][4]。1.1課題研究背景及意義隨著以“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化、人才為本”為基本方針的《中國制造2025》戰(zhàn)略的提出，實現(xiàn)低碳化、信息化和智能化已成為輪式裝載機發(fā)展的新方向[12]。同時，我國在2016年下半年開始施行更高規(guī)格的裝載機的排放標準，傳統(tǒng)輪式裝載機能耗大、排放差的問題也隨之逐步暴露出來，實現(xiàn)輪式裝載機節(jié)能減排或使用新的能源已迫在眉睫[12]。而作為新能源的純電動以其較高的傳遞效率、零排放以及無噪音等優(yōu)點得到人們的認可，所以在近幾年得到高速的發(fā)展[1][13]。圖1.1各種電池功率密度和能量密度分布示意圖屬于工程機械類的裝載機，作為工程機械方面主要機型之一；其中輪式裝載機通常被廣泛地應用在建筑領域、公路施工、礦山領域等工程領域[13]；傳統(tǒng)輪式裝載機多以柴油發(fā)動機作為動力源，雖有作業(yè)速度快、動作靈活、機動性好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，但存在能耗高、排放差、發(fā)動機效率低、噪音大等缺點[1][4][5]。

中北大學學位論文4[18]。日立建機混合動力系統(tǒng)在裝載機上的首次成功運用是在2003年，這是世界上首臺混合動力輪式裝載機。著名廠商Volvo在美國拉斯維加斯2008年CONEXPO工程機械博覽會上，展示了一款混合動力裝載機——L220FHybrid，該款同軸并聯(lián)結構混合動力裝載機屬于輕混結構，L220F輪式裝載機發(fā)動機系統(tǒng)增加電動發(fā)電機作輔助系統(tǒng)。L220FHybrid動力系統(tǒng)結構使用前傳動裝置單軸轉(zhuǎn)矩組合的并聯(lián)式油電混合動力系統(tǒng)[6][1]，其中輔助發(fā)動機的電力系統(tǒng)在常規(guī)作業(yè)中不運轉(zhuǎn)，電動/發(fā)電機起到輔助動力作用，只有當發(fā)動機工作效率較低的低轉(zhuǎn)速區(qū)域進行工作，在車輛開始起步階段，因為電動/發(fā)電機的輔助作用可以快速啟動發(fā)動機，達到降低燃油消耗、改善排放的作用[6]。超級電容ISG電機制動系統(tǒng)液壓工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變速器發(fā)動機液力變矩器圖1.3為沃爾沃L220FHybrid混合動力輪式裝載機日本川崎公司65ZHybrid混合動力裝載機2011年美國拉斯維加斯CONEXPO工程機械博覽會展出，65ZHybrid混合動力裝載機無液力變矩器，采用油電混合動力[3]，儲存元件使用超級電容。約翰·迪爾公司亦在該博覽會上展出644KHybrid混合動力裝載機[11]。超級電容電機變速器行星機構離合器發(fā)動機工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動系統(tǒng)圖1.5川崎65ZHybrid輪式混合動力裝載機川崎研發(fā)了一種行星齒輪、馬達及發(fā)電機構造的HYTCs部件來取代傳統(tǒng)液力變矩器，極大節(jié)省能量，且HYTCs系統(tǒng)還可以將裝載機剎車等能量進行回收。日本川崎公

中北大學學位論文4[18]。日立建機混合動力系統(tǒng)在裝載機上的首次成功運用是在2003年，這是世界上首臺混合動力輪式裝載機。著名廠商Volvo在美國拉斯維加斯2008年CONEXPO工程機械博覽會上，展示了一款混合動力裝載機——L220FHybrid，該款同軸并聯(lián)結構混合動力裝載機屬于輕混結構，L220F輪式裝載機發(fā)動機系統(tǒng)增加電動發(fā)電機作輔助系統(tǒng)。L220FHybrid動力系統(tǒng)結構使用前傳動裝置單軸轉(zhuǎn)矩組合的并聯(lián)式油電混合動力系統(tǒng)[6][1]，其中輔助發(fā)動機的電力系統(tǒng)在常規(guī)作業(yè)中不運轉(zhuǎn)，電動/發(fā)電機起到輔助動力作用，只有當發(fā)動機工作效率較低的低轉(zhuǎn)速區(qū)域進行工作，在車輛開始起步階段，因為電動/發(fā)電機的輔助作用可以快速啟動發(fā)動機，達到降低燃油消耗、改善排放的作用[6]。超級電容ISG電機制動系統(tǒng)液壓工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)變速器發(fā)動機液力變矩器圖1.3為沃爾沃L220FHybrid混合動力輪式裝載機日本川崎公司65ZHybrid混合動力裝載機2011年美國拉斯維加斯CONEXPO工程機械博覽會展出，65ZHybrid混合動力裝載機無液力變矩器，采用油電混合動力[3]，儲存元件使用超級電容。約翰·迪爾公司亦在該博覽會上展出644KHybrid混合動力裝載機[11]。超級電容電機變速器行星機構離合器發(fā)動機工作裝置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)制動系統(tǒng)圖1.5川崎65ZHybrid輪式混合動力裝載機川崎研發(fā)了一種行星齒輪、馬達及發(fā)電機構造的HYTCs部件來取代傳統(tǒng)液力變矩器，極大節(jié)省能量，且HYTCs系統(tǒng)還可以將裝載機剎車等能量進行回收。日本川崎公
【參考文獻】

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2 鄒乃威;章二平;于秀敏;戴群亮;李開亮;;同軸并聯(lián)混合動力裝載機控制策略的研究[J];中國工程機械學報;2012年02期

3 李燕;;新能源汽車發(fā)展趨勢研究與探討[J];南寧職業(yè)技術學院學報;2012年03期

4 徐曉美;唐倩倩;王哲;;混合動力裝載機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];工程機械;2012年02期

5 季喜軍;;混合動力汽車在我國發(fā)展狀況及市場前景[J];機械管理開發(fā);2009年03期

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5 馬春生;基于工況預測的電動裝載機復合電源能量管理策略研究[D];長安大學;2019年

6 劉碩;燃料電池混合動力電動車的系統(tǒng)設計及控制策略研究[D];重慶理工大學;2019年

7 郭高易;叉車用燃料電池混合動力系統(tǒng)能量管理策略研究[D];西南交通大學;2018年

8 周海燕;純電動輪式裝載機復合電源能量管理策略研究[D];長安大學;2018年

9 李牧菲;并聯(lián)式混合動力裝載機能量管理方法研究[D];吉林大學;2014年

10 張正飛;裝載機并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制策略研究[D];吉林大學;2013年

本文編號：2879426