Metodika návrhu a řízení toku energií hybridním trakčním pohonem se superkondenzátorem

Abstract

Hybridizace pohonů vozidel je cestou ke snižování spotřeby paliva, snížení emisí a rekuperace kinetické a potenciální energie. Takový pohon pak vyžaduje návrh strategie řízení energie (EMS). Sestava spalovacího motoru (ICE), superkapacitoru (SC), trakčního motoru (TM) a elektrického děliče výkonu (EPS) je málo studovanou topologií trakčního pohonu hybridního elektrického vozidla (HEV).Elektrická energie z děliče výkonu je usměrněna do meziobvodu, k němuž jsou připojeny trakční motor a superkapacitor. V tomto uzlu dochází k tokům veškeré elektrické energie pohonu.Výzkum byl zaměřen na nalezení metody EMS energií tekoucích meziobvodem za účelem dosažení maximální míry využití kinetické i primární energie. Metoda využívá nestabilitu napětí meziobvodu, měkkost zdroje a vysoký měrný výkon superkapacitoru.Přínosem metody je, že řídí energetické toky v uzlu na fyzikální úrovni, oproti ostatním metodám založených na řešeních ex post užitím různých typů optimalizací. Řízení nevyžaduje zásah obsluhy, reaguje pouze na pedál akcelerace trakčního motoru.Metoda byla ověřena na experimentální testovací stolici implementací jízdního cyklu do reálných prototypových komponent fyzikálního modelu HEV.Princip ESM je možné jednoduchým přiložením k meziobvodu využít všude tam, kde je třeba rozšířit pohon o možnost rekuperace, jako je závislá trakce nebo zdvihací zařízení atd.

Hybridisation of vehicle drives is a way to reduce fuel consumption, reduce emissions, and recover kinetic and potential energy. Such a drive then requires the design of an energy management strategy (EMS). An internal combustion engine (ICE), supercapacitor (SC), traction motor (TM), and electric power divider (EPS) assembly is a little-studied hybrid electric vehicle (HEV) traction drive topology. The electrical energy from the power divider is channelled into the intermediate circuit, to which the traction motor and the supercapacitor are connected. All the drive's electrical energy flows through this node.The research was focused on finding a method of EMS energy flowing through the intermediate circuit in order to achieve the maximum rate of utilisation of kinetic and primary energy. The method uses the instability of the intermediate circuit voltage, the softness of the source, and the high specific power of the supercapacitor.The benefit of the method is that it controls the energy flows in the node at the physical level, compared to other methods based on "ex post" solutions by using different types of optimizations. The steering does not require operator intervention; it only responds to the traction motor acceleration pedal. The method was validated on an experimental test bench by implementing the driving cycle into real prototype components of the HEV physical model. The ESM principle can be used by simply attaching it to the intermediate circuit wherever the drive needs to be extended with the possibility of recuperation, such as dependent traction or lifting equipment, etc.