Контроллер управления энергией для P0-P4 гибридных электромобилей
Блоксеть силового агрегата/силовые/контрольные контроллеры
Используйте блок стратегии минимизации эквивалентного потребления (ECMS) для управления управлением энергией гибридных электромобилей (HEV). Блок оптимизирует разделение крутящего момента между двигателем и двигателем для минимизации потребления энергии при сохранении состояния заряда батареи (SOC).
Эталонные приложения HEV P0, P1, P2, P3 и P4 используют блок стратегии минимизации эквивалентного потребления для гибридного управления.
Используйте параметр Расположение двигателя (Motor location), чтобы указать расположение двигателя HEV.
Используйте параметр метода ECMS для реализации либо адаптивного, либо не адаптивного метода ECMS. Архитектуры HEV поддерживают заряд, что означает, что SOC батареи должен оставаться в заданном диапазоне, потому что нет возможности плагина для подзарядки батареи. Батарея является энергетическим буфером, и вся энергия поступает от топлива, если изменение SOC минимизировано в течение цикла привода. Для поддержания заряда в течение заданного цикла дисковода блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный коэффициент эквивалентности ECMS.
|
| Блок регулирует коэффициент эквивалентности ECMS с помощью выходного сигнала PI-контроллера.
|
Блок осуществляет динамический контролирующий контроллер, который определяет крутящий момент двигателя, моторный крутящий момент, стартер, сцепление и команды тормозного давления. В частности, блок:
Преобразует сигнал педали акселератора водителя в запрос крутящего момента колеса. Для расчета суммарного крутящего момента силового агрегата на колёсах алгоритм использует максимальные кривые крутящего момента двигателя и мотора и передаточные отношения трансмиссии и дифференциала.
Преобразует сигнал педали тормоза водителя в запрос на давление тормоза. Алгоритм умножает сигнал педали тормоза на максимальное давление тормоза.
Реализует алгоритм рекуперативного торможения тягового двигателя для восстановления максимального количества кинетической энергии от транспортного средства.
Блок реализует алгоритм ECMS [2], который оптимизирует разделение крутящего момента между двигателем и двигателем для минимизации потребления энергии при сохранении SOC батареи. В частности, ECMS:
Назначает стоимость электрической энергии, так что использование накопленной электрической энергии равно потреблению топливной энергии.
| Батарейный режим | Эквивалентная электрическая энергия | Описание |
|---|---|---|
Освобождение | Положительный | Батарея разряжает накопленную электрическую энергию, когда электрическая машина используется.
|
Зарядка | Отрицательный | Аккумулятор накапливает электрическую энергию от:
|
Является мгновенным методом минимизации, который программное обеспечение решает на каждом шаге времени контроллера. Для реализации стратегии ECMS выбирает оптимальный двигатель и крутящий момент двигателя в стратегии оптимизации, чтобы минимизировать эквивалентное потребление энергии.
Реализует либо адаптивный, либо неадаптивный метод ECMS.
Motor location - Расположение двигателяP0 (по умолчанию) | P1 | P2 | P3 | P4Укажите местоположение двигателя HEV.
ECMS method - метод ECMSNon-adaptive (по умолчанию) | AdaptiveИспользуйте параметр метода ECMS для реализации либо адаптивного, либо не адаптивного метода ECMS. Архитектуры HEV поддерживают заряд, что означает, что SOC батареи должен оставаться в заданном диапазоне, потому что нет возможности плагина для подзарядки батареи. Батарея является энергетическим буфером, и вся энергия поступает от топлива, если изменение SOC минимизировано в течение цикла привода. Для поддержания заряда в течение заданного цикла дисковода блок реализует любой из этих методов ECMS.
| Метод ECMS | Описание |
|---|---|
| Блок использует постоянный коэффициент эквивалентности ECMS.
|
| Блок регулирует коэффициент эквивалентности ECMS с помощью выходного сигнала PI-контроллера.
|
Differential gear ratio, N_diff - Дифференциальное передаточное число3.32 (по умолчанию) | scalarДифференциальное передаточное число. Нет измерения.
Типы данных: double
Differential efficiency factor, eta_diff - Дифференциальный коэффициент полезного действия0.98 (по умолчанию) | scalarДифференциальный коэффициент полезного действия. Нет измерения.
Типы данных: double
Loaded wheel radius, Re - Радиус нагруженного колеса0.327 (по умолчанию) | scalarРадиус нагруженного колеса, в м.
Типы данных: double
Transmission efficiency factors - Коэффициенты эффективности передачиGear, input torque, input speed, and temperature (по умолчанию) | Gear onlyКоэффициенты эффективности передачи.
Типы данных: double
Transmission gear number vector, G_trans - Вектор числа трансмиссий[0 1 2 3 4 5 6] (по умолчанию) | vectorВектор номера трансмиссии. Нет измерения.
Типы данных: double
Transmission gear ratio vector, N_trans - Вектор передаточного числа трансмиссии[1 4.212 2.637 1.8 1.386 1 0.772] (по умолчанию) | vectorВектор передаточного числа трансмиссии. Нет измерения.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans - Вектор эффективности передачи[1 1 1 1 1 1 1] (по умолчанию) | vectorВектор эффективности передачи. Нет измерения.
Чтобы включить этот параметр, установите коэффициенты эффективности передачи в значение Gear only.
Типы данных: double
Transmission efficiency torque breakpoints, Trq_trans_bpts - Точки останова КПД трансмиссии[25 50 75 100 150 200 250] (по умолчанию) | vectorТочки останова крутящего момента эффективности передачи, в Н· м.
Чтобы включить этот параметр, установите коэффициенты эффективности передачи в значение Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency speed breakpoints, omega_trans_bpts - Точки останова эффективности передачи[500.383141080919 749.619781962827 1002.676141478941 1250.957852702297 1499.239563925654 1747.521275149011 1995.802986372368 2501.915705404595 2998.479127851308 4001.155269330249 5003.83141080919] (по умолчанию) | vectorТочки останова эффективности передачи, в рад/с.
Чтобы включить этот параметр, установите коэффициенты эффективности передачи в значение Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency temperature breakpoints, Temp_trans_bpts - Температурные точки останова эффективности передачи[313 358] (по умолчанию) | vectorТемпературные точки останова эффективности передачи, в К.
Чтобы включить этот параметр, установите коэффициенты эффективности передачи в значение Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Transmission efficiency vector, eta_trans_tbl - Вектор эффективности передачиarrayВектор эффективности передачи. Нет измерения.
Чтобы включить этот параметр, установите коэффициенты эффективности передачи в значение Gear, input torque, input speed, and temperature.
Типы данных: double
Speed breakpoints, f_tbrake_n_bpt - Точки останова скорости[0 750 1053.57142857143 1357.14285714286 1660.71428571429 1964.28571428571 2267.85714285714 2571.42857142857 2875 3178.57142857143 3482.14285714286 3785.71428571429 4089.28571428571 4392.85714285714 4696.42857142857 5000] (по умолчанию) | vectorТочки останова скорости, в об/мин.
Типы данных: double
Commanded torque breakpoints, f_tbrake_t_bpt - Командные точки останова крутящего момента[0 15 26.4285714285714 37.8571428571429 49.2857142857143 60.7142857142857 72.1428571428571 83.5714285714286 95 106.428571428571 117.857142857143 129.285714285714 140.714285714286 152.142857142857 163.571428571429 175] (по умолчанию) | vectorКомандные точки останова крутящего момента, в Н· м.
Типы данных: double
Brake torque map, f_tbrake - Карта тормозного моментаarrayКарта тормозного момента, в Н· м.
Типы данных: double
Minimum engine torque command table, f_tbrake_min - Таблица команд минимального крутящего момента двигателяvectorТаблица команд минимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Fuel flow map, f_fuel - Карта расхода топливаarrayКарта расхода топлива, в кг/с.
Типы данных: double
Minimum engine torque command, HEVEngTrq_min - Команда минимального крутящего момента двигателя16.18610438796213 (по умолчанию) | scalarКоманда минимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Fuel lower heating value, LHV - Более низкая теплотворная способность топлива46000000 (по умолчанию) | scalarТопливо ниже температуры нагрева, в Дж/кг.
Типы данных: double
Engine idle speed, N_idle - Обороты двигателя на холостом ходу750 (по умолчанию) | scalarЧастота вращения двигателя на холостом ходу, в об/мин.
Типы данных: double
Battery state-of-charge breakpoints, SOC_bpt - Точки останова в состоянии заряда аккумулятора[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1] (по умолчанию) | vectorТочки останова в состоянии заряда батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
Battery charge limit table, ChrgLmt - Таблица пределов заряда батареи[1 1 1 1 1 1 1 0.9 0.7 0.5 0] (по умолчанию) | vectorТаблица пределов заряда батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
Battery discharge limit table, DischrgLmt - Таблица пределов разрядки батареи[0 0.5 0.7 0.9 1 1 1 1 1 1 1] (по умолчанию) | vectorТаблица пределов разрядки батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
Maximum battery current, BattCurrMax - Максимальный ток батареи150 (по умолчанию) | scalarМаксимальный ток батареи, в А.
Типы данных: double
DC/DC converter efficiency, eta_dcdc - КПД преобразователя постоянного тока1 (по умолчанию) | scalarКПД преобразователя постоянного тока. Нет измерения.
Типы данных: double
Maximum battery charge power, BattChrgPwrMax - Максимальная мощность заряда батареи-30000 (по умолчанию) | scalarМаксимальная мощность заряда батареи, в Вт.
Типы данных: double
Maximum battery discharge power, BattDischrgPwrMax - Максимальная разрядная мощность батареи46000 (по умолчанию) | scalarМаксимальная разрядная мощность батареи, в Вт
Типы данных: double
Motor maximum torque table, f_tmtr_max - Таблица максимального крутящего момента двигателяvectorТаблица максимального крутящего момента двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Motor speed breakpoints, f_mtr_w_bpt - Точки останова двигателяvectorТочки останова частоты вращения двигателя, в об/мин.
Типы данных: double
Motor torque breakpoints, f_mtr_t_bpt - Точки останова двигателяvectorТочки останова двигателя, в Н· м.
Типы данных: double
Motor efficiency map, f_mtr_eta - Карта КПД двигателяarrayКарта КПД двигателя. Нет измерения.
Типы данных: double
Number of motor torque calculation points, Ngrid - Количество точек расчета крутящего момента двигателя200 (по умолчанию) | scalarКоличество точек расчета крутящего момента двигателя. Нет измерения.
Типы данных: double
P0 belt ratio, N_P0 - коэффициент P0 ремня3 (по умолчанию) | scalarP0 соотношение ремней. Нет измерения.
Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Расположение двигателя значение P0.
Типы данных: double
ECMS weighting factor, ECMS_s - весовой коэффициент СКУ3.385 (по умолчанию) | scalarВесовой коэффициент ECMS. Нет измерения.
Типы данных: double
Penalty factor power, PenaltyFctrPwr - Мощность штрафного коэффициента3 (по умолчанию) | scalarМощность штрафного коэффициента. Нет измерения.
Типы данных: double
Adaptive ECMS proportional gain, ECMS_Kp - Адаптивный пропорциональный коэффициент усиления ECMS0 (по умолчанию) | scalarАдаптивный пропорциональный коэффициент усиления ECMS. Нет измерения.
Чтобы включить этот параметр, установите метод ECMS в значение Adaptive.
Типы данных: double
Adaptive ECMS integral gain, ECMS_Ki - Адаптивное интегральное усиление ECMS0 (по умолчанию) | scalarАдаптивное интегральное усиление ECMS. Нет измерения.
Чтобы включить этот параметр, установите метод ECMS в значение Adaptive.
Типы данных: double
Constraint penalty factor, PenaltyFctr - Штрафной коэффициент ограничения10000000 (по умолчанию) | scalarШтрафной коэффициент ограничения. Нет измерения.
Типы данных: double
Target battery state-of-charge, SOCTrgt - Состояние заряда целевой батареи60 (по умолчанию) | scalarЦелевое состояние заряда батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
Minimum battery state-of-charge, SOCmin - Минимальное состояние заряда батареи40 (по умолчанию) | scalarМинимальное состояние заряда батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
Maximum battery state-of-charge, SOCmax - Максимальное состояние заряда батареи80 (по умолчанию) | scalarМаксимальное состояние заряда батареи. Нет измерения.
Типы данных: double
MathWorks ® хотел бы отметить вклад доктора Симоны Онори в оптимальный алгоритм управления ECMS, реализованный в этом блоке. Доктор Онори - профессор инженерии энергетических ресурсов в Стэнфордском университете. Ее научные интересы включают электрохимическое моделирование, оценку и оптимизацию устройств накопления энергии для автомобильных и сетевых применений, моделирование и управление гибридными и электрическими транспортными средствами, моделирование PDE, а также снижение порядка моделей и оценку систем снижения выбросов. Она является старшим членом IEEE ®.
[1] Balazs, A., Morra, E. и Pischinger, S., Оптимизация электрифицированных силовых агрегатов для городских автомобилей. Технический документ SAE 2011-01-2451. Warrendale, PA: SAE International Journal of Alternative Powertrains, 2012.
[2] Онори, С., Серрао, Л. и Риццони, Г., Гибридные системы управления энергией электромобилей. Нью-Йорк: Спрингер, 2016.
